摘要：在现代社会，出于对可靠性电力的需求，高层建筑普遍采用柴油发电机组作为应急电源。柴油发电机具有容量大、持续供电时间长、可独立运行、不受电网故障影响等显著优势，尤其在某些地区常用市电可靠性不足的情况下，将柴油发电机作为备用电源，既能发挥应急电源的作用，又能通过低压系统的合理优化，确保重要负荷在市电停电时持续运行。因此，柴油发电机在建筑工程中得到了广泛应用。本文将结合高层建筑小区设计经验，就康明斯柴油发电机组的设置原则、容量选择、负荷计算及机房布置等问题提出认识和理解。
一、设置原则
1. 选用柴油发电机组作为备用电源的条件
当符合下列条件之一时，可选用柴油发电机组作为备用电源：
（1）需保证一级负荷中特别重要的负荷用电。这类负荷一旦中断供电，将造成重大经济损失或人员伤亡，必须设置独立于市电的第二电源。
（2）一级负荷从电力系统中取得第二电源困难或技术经济不合理时。当市电系统无法提供两路独立电源，或新增一路市电的成本远高于自备发电机时，柴发机组是合理的技术经济选择。
2. 柴油发电机负荷的构成与设计思路
现代一般民用建筑中，柴油发电机在火灾时为消防负荷供电，平时为重要负荷提供备用电源。发电机的容量首先要满足稳定计算负荷需要，包括消防负荷和保证负荷两部分：
（1）消防负荷：作为消防用电设备的备用电源，一旦市电停电，即刻联锁启动发电机组。消防负荷主要包括消防水泵、排烟风机、正压风机、电动防火卷帘、消防电梯、应急照明等。
（2）保证负荷：在非消防紧急状态下的市电停电时，需要后备电源供应的负荷，包括生活水泵、客梯、酒店厨房动力、星级客房照明等。若发电机组仅负担应急照明等少量消防负荷，而无法顾及保证负荷，将造成机组大部分时间空置、资源浪费。因此，在低压配电系统设计时，应在满足消防负荷需求的前提下，根据建设方要求，将相应的保证负荷接入发电机供电回路。
3. 负荷计算与容量确定原则
（1）确定发电机组容量时，应首先满足消防负荷的要求，再根据建设方的需求接入相应的保证负荷。容量大小除满足稳定计算负荷需要外，还必须进行电动机启动时的电压降校验——启动任一电动机时，其端子允许电压降应在规定范围之内。
（2）消防负荷的正确计算应遵循以下原则：只考虑一个防火分区发生火灾（正如水消防设计原则一样，两个及以上防火分区同时发生火灾的概率极低）。通常，消防泵作为固定负荷必须计入；消防电梯、防排烟风机等负荷的计入量，则取决于其在某防火分区火灾时实际投入服务的负荷大小。确定发电机容量时，应以最不利的一个防火分区发生火灾时，同时投入运行的消防负荷为准。
|
室外机型安装图 |
室内机型安装图 |
二、容量选择
对于柴油发电机组容量的选择，部分设计人员往往采用估算法，很少检验发电机启动时是否满足瞬时压降、最大峰值电流及最大峰值功率等要求。通过小区发电机容量的实际选型对比（见附表1）可以发现，应急发电机组容量主要由消防泵电机容量及其启动方式决定。为此，在满足使用要求的前提下，为减少初投资及运行费用，应尽量减小发电机组的容量，建议从以下几方面着手：
（1）与消防给排水专业密切协商，在满足消防用水量和扬程要求的前提下，尽量选择高效率电机或优化水泵工况点，以减少消防水泵的电机容量。
（2）对大功率异步电动机采用“Y—△”启动、自耦变压器降压启动或软启动等降压启动措施。降压启动能有效降低启动电流对发电机端的冲击，从而减小所需发电机容量。常用的降压启动方式对比：Y—△启动可将启动电流降至直接启动的1/3，自耦变压器启动可根据抽头位置将启动电流降至直接启动的40%～65%，软启动则可将启动电流平滑控制在额定电流的2～4倍范围内。
（3）应尽可能优化启动顺序：首先启动容量最大或启动电流最大的异步电动机（此时发电机处于空载状态，可承受的最大冲击最大），然后再按顺序启动容量较小或启动电流较小的电动机，最后接入无冲击性的照明、电热等阻性负荷。该启动策略可大幅降低发电机组所需的峰值容量。
（4）电动机启动压降的详细校验方法
① 直接启动（全压启动）时，发电机端的瞬时电压降应不大于额定电压的20%。校验公式为：
其中，为发电机的超瞬变电抗（标幺值，通常取0.12～0.17），为电动机启动电流（A），为发电机额定电流（A）。若计算结果超过20%，需采取降压启动措施或增大发电机组容量。
② Y—△启动方式校验时，启动电流按直接启动的1/3取值；自耦变压器65%抽头启动时，启动电流按直接启动的42%取值；软启动时，启动电流按直接启动的50%～60%取值（具体根据软启动器设定值）。
③ 频繁启动的电动机（如生活水泵、电梯主机），还需校核多次启动累积效应对发电机温升的影响。一般要求发电机组在2小时内连续启动次数不超过5次（大功率电机）。
（5）电动机启动时的功率因数补偿与电压恢复时间
① 电动机启动时功率因数较低（通常仅为0.2～0.4），会从发电机吸取大量无功功率。在大功率电动机启动瞬间，建议在发电机母线上接入电容器组进行无功补偿，提高发电机端电压水平。补偿容量可按电动机额定功率的30%～50%估算。
② 启动压降的恢复时间不应超过5秒。若恢复时间过长（超过10秒），可能导致发电机低频保护动作跳闸。校验时应同时关注发电机调速器的动态响应能力，必要时调整调速器增益参数。
（6）发电机组容量的最终修正系数
① 按稳定计算负荷（Pj）选定的机组容量，在完成启动压降校验后，若校验不合格，应按启动压降要求增大机组容量。通常修正系数取1.1～1.25。
② 考虑环境因素（海拔、温度）时，机组实际出力需按下式修正：
海拔超过1000m时，每升高100m功率下降约1%；环境温度超过40℃时，每升高5℃功率下降约2%。修正系数应参照制造商提供的功率衰减曲线确定。
三、负荷计算
1. 消防负荷的分类与计算
（1）平时备用、火灾时才启用的专用消防设备计算负荷（Pj1），按最不利的一个防火分区发生火灾时考虑需开启的消防设备。通常包括消防水泵、排烟风机、正压风机、电动防火卷帘、电动防火门、消防新风机等。当同一层有多个防火分区时，若某一分区着火，开启的防排烟设备负荷为本着火分区及相邻两个防火分区的防排烟设备之和。
（2）火灾或市电停电时，必须由发电机供电的计算负荷（Pj2），包括应急照明（备用照明、疏散照明、安全照明）、消防电梯、消防控制室、通信机房、安防监控机房、大中型计算机房等重要设备用电，以及特别重要负荷、一级负荷中的部分或全部负荷。这类负荷无论火灾还是市电停电都必须保证供电。
2. 保证负荷的分类与计算
（1）市电停电而非火灾时，宜由发电机供电的重要计算负荷（Pj3），包括部分或全部客梯、生活水泵、厨房动力、餐厅1/4～1/3照明、商场1/4～1/3照明、宾馆锅炉房、星级客房照明等。对于大型封闭式商场中的空气处理机和新风机，因其影响环境舒适度和消防安全通道的烟雾扩散，亦建议作为重要负荷接入。
（2）保证负荷的接入比例应根据建设单位要求、供电可靠性和经济性综合确定。接入过多将增大机组容量和初投资，接入过少则在市电停电时影响建筑的基本运营功能。
3. 综合负荷计算与机组容量确定
以某小区的实际负载为例，如下表负载统计。发电机组的额定功率（PH）应大于或等于1.1倍的计算功率（Pj），即 PH ≥ 1.1 Pj，预留10%的裕量以应对负荷增长和启动冲击。
|
序号
|
用电设备组名称
|
设备容量(kW)
|
需用系数(Kx)
|
cosφ
|
tgφ
|
计算值
|
备注
|
|||
|
工作的
|
Pj
|
Qj
|
Sj
|
Ij
|
||||||
|
(kW)
|
(kVar)
|
(kVA)
|
(A)
|
|||||||
|
1
|
消防控室
|
20
|
0.8
|
0.85
|
0.62
|
16.0
|
9.9
|
18.8
|
28.5
|
|
|
2
|
23#电梯
|
40
|
0.22
|
0.7
|
1.02
|
8.8
|
9.0
|
12.6
|
19.0
|
|
|
3
|
24#电梯
|
40
|
0.22
|
0.7
|
1.02
|
8.8
|
9.0
|
12.6
|
19.0
|
|
|
4
|
1#电梯
|
40
|
0.22
|
0.7
|
1.02
|
8.8
|
9.0
|
12.6
|
19.0
|
|
|
5
|
1#电梯
|
40
|
0.22
|
0.7
|
1.02
|
8.8
|
9.0
|
12.6
|
19.0
|
|
|
6
|
2#电梯
|
40
|
0.22
|
0.7
|
1.02
|
8.8
|
9.0
|
12.6
|
19.0
|
|
|
7
|
2#电梯
|
40
|
0.22
|
0.7
|
1.02
|
8.8
|
9.0
|
12.6
|
19.0
|
|
|
8
|
3#电梯
|
40
|
0.22
|
0.7
|
1.02
|
8.8
|
9.0
|
12.6
|
19.0
|
|
|
|
23排烟风机(消防)
|
7.5
|
0.4
|
0.8
|
0.75
|
3.0
|
2.3
|
3.8
|
5.7
|
|
|
|
24排烟风机(消防)
|
7.5
|
0.4
|
0.8
|
0.75
|
3.0
|
2.3
|
3.8
|
5.7
|
|
|
5
|
1排烟风机(消防)
|
15
|
0.4
|
0.8
|
0.75
|
6.0
|
4.5
|
7.5
|
11.4
|
|
|
6
|
2排烟风机(消防)
|
15
|
0.4
|
0.8
|
0.75
|
6.0
|
4.5
|
7.5
|
11.4
|
|
|
7
|
3排烟风机(消防)
|
7.5
|
0.4
|
0.8
|
0.75
|
3.0
|
2.3
|
3.8
|
5.7
|
|
|
8
|
水泵(消防)
|
45
|
1
|
0.8
|
0.75
|
45.0
|
33.8
|
56.3
|
85.2
|
|
|
9
|
小计
|
397.5
|
|
0.89
|
0.51
|
143.6
|
72.8
|
161.0
|
243.9
|
消防时
|
|
10
|
同期系数K∑
|
|
1
|
|
|
143.6
|
72.8
|
161.0
|
243.9
|
|
|
11
|
最大消防设备
|
37
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12
|
消防用发电机容量
|
|
|
|
|
200
|
|
|
(备用功率：220kW)
|
|
（1）当 Pj1 > Pj3 时（消防负荷大于保证负荷），应按 PH ≥ 1.1 × (Pj1 + Pj2) 选型。为充分利用发电机容量，应将重要的非消防负荷接入发电机母线，在非火灾市电停电时投入运行，避免机组长期低载运行。
（2）当 Pj3 > Pj1 时（保证负荷大于消防负荷），应按 PH ≥ 1.1 × (Pj2 + Pj3) 选型。此方案既能满足消防负荷的应急需要，又能向保证负荷持续供电，为首选设计方案，机组利用率最高。
（3）在最大一台电动机启动时，应保证发电机端的瞬时电压降不应大于额定电压的20%（GB51348-2019要求）；若无电梯等冲击性负荷时，不应大于25%。条件允许时，电动机应采用降压启动措施以限制启动压降。校验电压降时，应按发电机在启动瞬间的端电压、电动机启动电流倍数及功率因数等参数进行详细计算，而非仅凭经验估算。
四、机房布置与深化设计
高层建筑一般作为区域内具有代表性的建筑物，其位置通常由建筑专业确定。机电专业在配合时，既要满足国家相关规范、标准及业主要求，又要满足当地质量、安全、消防、环保等主管部门的要求。因此，需根据已确定的机房位置，对应急柴油发电机房进行深化设计。
深化设计应在柴油发电机组、控制箱、油箱、起动和控制用蓄电池组、应急配电柜、进风消声器、排风消声器、排烟管道及排烟消声器、机房内排烟及排风管道等设备按实际产品尺寸完成布置后，再进行详细的房间布置设计。
1. 设备布置与通道尺寸要求
（1）深化设计须确认机组吊装就位方案、设备搬运通道、检修空间及进排风通道面积是否满足散热需求。机组四周应预留操作和维护空间，机组操作面净距不小于1.8m（按GB51348-2019中500kW以上机组要求），背面和端部净距不小于1.5m，以满足日常维护和更换滤芯、皮带等易损件的空间需求。
（2）发电机房内设备布置应遵循“柴油机端朝向排风侧、发电机端朝向控制室”的基本原则，使进排风气流顺畅。对于多台机组并机布置，还应考虑机组之间的检修通道和热风排放风道的独立设置，避免一台机组排出的热风被另一台机组的进风口吸入，造成热风短路。
（3）机房净高应根据机组本体高度、排烟管隔热层厚度和风道布置综合确定，一般不小于4.0m（具体按制造商提供的机组高度加1.0m以上余量确定）。
2. 通风散热与进排风通道设计
（1）发电机房的进风口和排风口应分设于机组的两端。进风口面积应根据进风量计算确定，进风量包括燃烧空气量和机房散热通风量。排风口面积按散热器排风量确定，进排风口百叶窗的有效通风面积应不小于计算净面积的1.6倍（考虑百叶窗遮挡系数约0.6）。
（2）若机房设于地下层，进排风竖井面积应按风速校核，自然进风风速不宜大于5m/s，机械排风风速不宜大于6m/s。进排风竖井内壁应光滑，避免急剧转弯，以减少气流阻力。
（3）排风导向：散热器排风侧应设置排风导流罩（风斗），将热风直接引至排风竖井或室外。导流罩与散热器之间应用柔性帆布连接，以隔离机组振动。排风出口处应设置消声百叶窗或排风消声器，以控制噪声外泄。
3. 燃油系统与储油间设计
（1）储油间应按消防规范设置，日用油箱容量不超过1m³，且采用耐火极限不低于3小时的防火隔墙与发电机间隔开，门为甲级防火门并向外开启。储油间的通风、防爆和泄油设施应一并设计到位。储油间应设置独立的机械排风系统，换气次数不低于每小时6次，风机为防爆型。
（2）日用油箱应高位布置（油箱底部高于柴油机高压喷油泵），进油管应从油箱顶部插入、距箱底不大于100mm，回油管应伸入液面以下至少200mm。供油管上应设置手动阀门和电磁阀，电磁阀与机组启动联锁。油箱底部应设集油盘，容积不小于油箱容量的110%，并设置泄漏报警装置。
（3）储油间内电气设备（照明灯、开关、风机电机）应采用防爆型，防护等级不低于Ex d IIB T4。储油间内应设置可燃气体探测器，并与机房火灾报警系统联动。
4. 排烟系统与隔热消声设计
（1）排烟管走向应尽量减少弯头（一般不超过3个），水平段坡度不低于0.3%（坡向排烟方向），最低点设置排污阀，用于排放冷凝水和积碳。排烟管管径应根据排气流量和流速计算确定，流速宜控制在30～45m/s范围内。
（2）排烟管穿墙处应设置防火套管，穿墙套管与排烟管之间填充柔性防火材料；室内部分须做隔热保护（岩棉厚度≥50mm，外敷铝板或镀锌铁皮），防止烫伤人员和减少热辐射。伸出屋面处应加装防雨帽，并确保排烟口高出屋面不低于2m，且避开新风取风口和人员活动区域。
（3）消声器设计：排烟系统应安装工业型消声器（通常为阻抗复合式），安装位置宜靠近发动机排气出口以尽早衰减排气脉冲噪声。每台机组配置独立的消声器，不可共用。消声器的支撑应独立于排烟管，避免重量直接作用在增压器上。排烟管与增压器连接处须安装波纹管补偿器，以吸收热膨胀和振动。
5. 电气与控制设备布置
（1）应急配电柜（含ATS切换柜）和发电机控制柜应靠近发电机组布置，但须避开进排风气流通道和高温排烟管正上方。配电柜前操作通道净宽不小于1.5m，柜后检修通道净宽不小于0.8m。
（2）蓄电池组应布置于靠近启动马达的位置，以减少启动电缆长度和压降。蓄电池与机组底座之间应有防震措施。蓄电池上方不应安装有滴漏可能的管道。
（3）控制室（若设置）应位于发电机端一侧，通过隔声窗观察机组运行状态。控制室内应配置空调，温度控制在18～28℃之间，以保证电子设备工作稳定。
6. 消防与安全防护设计
（1）机房内应设置火灾自动报警系统和气体灭火系统（如七氟丙烷或IG-541）。灭火系统的启动应具备自动、手动和机械应急三种模式，并与机组紧急停机联锁——灭火系统动作前先自动切断机组燃油和启动电源。
（2）机房地面应设置集油沟和集油坑，最低点设置排污泵或重力排油管，引至室外事故油池。严禁将油水混合物直接排入市政雨水或污水管网。
（3）机房门应为甲级防火门，宽度不小于1.2m，高度不小于2.4m，向外开启。发电机间与储油间、控制室之间的隔墙均为防火隔墙，穿墙管道应做防火封堵。
结语
高层建筑小区柴油发电机组的设计选型是一项涉及消防、电力、结构和暖通等多专业的综合性工作。在设置原则上，应根据负荷等级合理确定柴油发电机的服务对象——在保障消防负荷的前提下，兼顾重要保证负荷的供电需求，提高机组利用率。容量选择上，应避免单纯估算带来的容量偏差，而要通过精准的负荷计算、电动机启动压降校验及优化启动顺序等手段，在满足运行可靠性的同时，合理控制初投资与运行成本。尤其要重视启动压降的详细校验——直接启动时电压降应不大于20%，若超限需采取降压启动或增大机组容量。
最终通过机房深化设计，将各设备系统按实际尺寸统筹布置，兼顾设备布置、通风散热、排烟隔热、燃油储油、电气控制和消防安全各环节，确保机组安全运行、维护便利、满足规范要求。规范设计与精细化计算，是柴油发电机作为应急电源可靠发挥作用的基本保障。
----------------
以上信息来源于互联网行业新闻，特此声明！
若有违反相关法律或者侵犯版权，请通知我们！
温馨提示：未经我方许可，请勿随意转载信息！
如果希望了解更多有关柴油发电机组技术数据与产品资料，请电话联系销售宣传部门或访问我们官网：https://www.11fdj.com
- 上一篇：柴油发电机的自动投入运行方式
- 下一篇：发动机活塞产生烧顶熔化的原因
