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柴油发电机组功率选择和燃油箱容量计算公式 |
摘要：应急柴油发电机组是民用建筑中重要的应急电源设备，对保证人身和财产的安全起着至关重要的作用。按照IEC和国家标准的有关规定，应急柴油发电机组主要是为一级负荷中特别重要负荷及消防负荷供电。康明斯公司在本文中系统地介绍了应急柴油发电机组的储油箱容量和设备功率选择计算的原则、公式及有关知识。
一、燃油箱容量计算方式
1、计算公式
康明斯柴油发电机组厂家根据《民用建筑电气设计规范》的规定按柴油发电机运行3~8小时设置燃油箱，而民用建筑防火规范要求更严格，应在机房内设置专用的储油间，内设日用油箱，其总储存量不应超过8小时的需要量，而根据建筑设计防火规范规定中间储油罐容积不超过1m3。一台机组一个油箱，单台机组的燃油容量可按下式计算：
V=G*T/r/A
式中：V——日用油箱体积1m3；
r——燃油密度kg/m3，轻柴油为810~860kg/m3；
A——油箱充满系数，一般0.8；
T——供油时间h，备用机组取值3~8h；
G——柴油机燃油消耗率g/kWh，国产机组取值238~239g/kWh，康明斯发电机组取值为200g/kW.h；
举例说明：
某用户2台120KW康明斯发电机组，需要24小时作业，油箱的容积：V=（24*120KW*2*0.2kg/kw·h*7d）/(0.85*1000)=9.48 m3，所以该用户应该配置2个5吨的储油罐。
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燃油储存箱示意图 |
柴油机供油系统图 |
2、体积和容积的区分
通常用油箱容积的大小是衡量一台柴油发电机组所能承装油量的能力，但是油箱实际容量大于标称容量 ，油箱容积决定了运行时间。虽然储油箱的是体积物体，但是我们实际使用中应以容积来计算。物体所占的空间的大小叫做体积。箱子、油桶、仓库等所能容纳物体的体积，叫做它们的容积或容量。很明显，容积和体积是有着密切的联系，它们的计算方法是一样的。但是体积和容积是两个不同的概念，它们的区别是：
（1）意义不同
体积是指物体外部所占空间的大小。容积是指容器（箱子、仓库、油桶等）的内部体积。
（2）测量方法
计算物体的体积要从物体外面去测量。例如求木箱的体积就要从外面量出它的长、宽、高的长度。计算容积或容量，由于容器有一定的厚度，要从容器里面去测量，例如求木箱的容积或容量，要从内部测量出长、宽、高的长度。
（3）计算单位不同
计算物体的体积，一定要用体积单位，常用的体积单位有：立方米、立方分米、立方厘米等。计算容积一般用容积单位，如升和毫升，但有时候还与体积单位通用。由于容积单位最大的是“升”，所以计算较大物体的容积时，通用的体积单位还是要用“立方米”。升和毫升是计算物体的体积不能用的，它只限于计算液体，如药水、汽油、墨水等。
二、用电负荷计算方法
1、按电动机启动容量计算
当允许发电机端瞬时压降为20%时，发电机组直接启动异步电机的能力为每1KW电动机功率，需要5千瓦柴油发电机组功率。若电动机降压启动或软启动，由于启动电流减小，柴油发电机容量也按相应比例减小。按电动机功率估算后，然后进行规整，即按柴油发电机组的标定系列估算容量
2、按尖峰符合计算发电机容量
式中： SG2——按尖峰负荷计算的发电机视在功率，KVA；
Kj—— 因尖峰电流造成电压、频率降低而导致电动机功率下降的系数，一般取Kj=0.9~0.95；
KG——发电机允许短时过载系数，一般取KG=1.4~1.6；
Sm—— 最大的单台电动机或成组电动机的启动容量 KVA；
Pm Sm 的有功功率，KW；
Qm Sm的无功功率，Kvar。
3、负荷计算的原则
根据应急柴油发电机组的供电范围，在进行应急柴油发电机组的负荷计算时，首先应明确以下几个原则。应按火灾和非火灾两种情况分别计算根据应急柴油发电机组的供电范围，在进行负荷计算时，应按火灾和非火灾两种情况分别计算。
（1）应急柴油发电机组火灾情况下的负荷计算
在进行火灾情况下应急柴油发电机组负荷计算时，应根据《建筑设计防火规范》的规定，对建筑群和住宅小区按一个建筑发生火灾计算，对一个建筑按一个防火分区发生火灾计算。此时消防负荷包括∶应急柴油发电机组供电范围内全部消防电梯、全部应急照明，加上发生火灾时，根据防火分区所使用的消防负荷，如消火栓泵、喷淋泵、防排烟风机等。大多数工程是与地下室、塔楼相对应的首层防火分区发生火灾时消防负荷最大。此时投入使用的防排烟风机有地下室、首层、二层对应防火分区的防排烟风机。对于超高层建筑，当高区采用接力方式供水时，有可能在高区发生火灾投入使用的消防负荷最大。对于复杂工程，发生火灾时投入使用的消火栓泵、喷淋泵、防排烟风机的容量应由相关专业提出。
此外，还应考虑到最不利的情况，即停电事故在先，火灾发生在后，即火灾发生在应急柴油发电机组供电的过程中，所以在计算应急柴油发电机组容量时，还应考虑在其供电范围内位于其他防火分区的一级负荷中特别重要负荷。还应考虑在其他防火分区内的由柴油发电机组供电的某些商用负荷，在接到切除的指令后，可能需要作些后续工作才能切除。
（2）应急柴油发电机组非火灾情况下的负荷计算
应急柴油发电机组在进行非火灾情况下负荷计算时，除考虑由发电机供电的一级负荷中特别重要负荷外，还应考虑消防电梯，平时与火灾兼用的应急照明、平时与火灾兼用的通风机、新风机组等消防负荷。此外还需要根据工程实际情况考虑一些并非特别重要负荷或消防负荷的比较重要的商用负荷。除特别重要工程外，多数是根据发电机容量确定对这部分负荷的供电范围，以免供电范围过大超过了发电机的负荷能力。
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康明斯柴油发电机组装配图 |
三、负荷分级和投入原则
1、负荷分级
在供配电系统中，用电设备被称为电力负荷，其大小以功率或电流表示。根据用电设备重要性及中断供电在政治、经济、人身安全上可能造成的损失或影响程度，电力负荷分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。
（1）一级负荷
用电情况符合下列情况之一时，应视为一级负荷：中断供电将造成人身伤害；中断供电将在经济上造成重大损失；中断供电将影响重要用电单位的正常工作。
一级负荷供电系统应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到破坏。在一级负荷中，对于当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所中不允许中断供电的负荷，除由两个电源供电外，还应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。
一级负荷适用场所：建筑高度大于50m的乙、丙类生产厂房和丙类物品库房，一类高层民用建筑，一级大型石油化工厂，大型钢铁联合企业，大型物资仓库等。
（2）二级负荷
中断供电将在经济上造成较大损失，或将影响较重要用电单位的正常工作的负荷为二级负荷。
二级负荷供电系统应尽可能采用两回路供电。在负荷较小或地区供电条件较困难的情况下，允许由一回路6kV 及以上专用的架空线路供电。当采用非架空线路供电时，由于电缆的故障恢复时间和故障排查时间长，应采用两根电缆线路供电，且每根电缆线路均应能承受100%的二级负荷。
二级负荷适用场所：室外消防用水量大于35L/s的可燃材料堆场，可燃气体储罐（区）和甲、乙类液体储罐（区），粮食仓库及粮食筒仓，二类高层民用建筑，座位数超过1500个的电影院、剧场，座位数超过3000个的体育馆，任一楼层建筑面积大于3000m2的商店和展览建筑，省（市）级以上的广播电视、电信和财贸金融建筑，室外消防用水量大于25L/s的其他公共建筑。
（3）三级负荷
除一级负荷、二级负荷之外的负荷为三级负荷。
三级负荷用电设备采用单回路电源供电，其配电设备上有明显标志。其配电线路和控制回路的布置应满足防火分区的要求。
2、负荷投入原则
（1）消防负荷投入或起动顺序
如果是在应急柴油发电机组供电过程中发生火灾，由于消防电梯、应急照明已经处于使用状态，需要投入或起动的消防负荷是防排烟风机、消防泵（包括喷淋泵、消火栓泵）。如果是在火灾过程中发生停电事故，市电失去电源后一些次要负荷被切掉，电动机回路接触器释放。经延时起动应急柴油发电机组，当发电机全压后，合上主开关，即向断路器仍在合闸位置的某些非电动机回路供电，例如平时与火灾兼用的应急照明，此时待投入或起动的消防负荷有∶火灾时接通的应急照明，消防电梯、防排烟风机、消防水泵等。在确定这些消防负荷投入或起动顺序时，可以有两种原则，最先起动大电动机原则或顺应消防需要的原则。
（2）最先起动大容量电动机原则
这种原则的出发点是尽量减少柴油发机组的容量。由于防排烟风机、消防电梯的电动机单台容量不会太大，所以最先起动大容量电动机就是最先起动消防泵。这种起动顺序节省投资，适用于非火灾情况下电动机的起动及疏散路径短、无机械防排烟的多层建筑火灾情况下电动机的起动。
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