浅析柴油发电机容量计算及选择
摘要：本文简述了柴油发电机计算容量的选择，并用实例探讨了容量选择时应注意的事项。
关键词：发电机容量计算;稳定负荷;母线压降;容量选择;暂态电抗;电动机启动倍数
一、引言
随着我国城市化进程的推进，城市必将出现越来越多的高层建筑，柴油发电机作为重要的自备应急电源之一，也必将得到更广泛的使用。
如何选择发电机，就显得至关重要。
二、柴油发电机组选择的基本规定及柴油发电机组容量的确定
根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）第6.1.2条，柴油发电机组的选择应符合下列规定：
1机组容量与台数应根据应急负荷的大小和投入顺序以及单台电动机最大启动容量等因素综合确定。
当应急负荷较大时，可以采用多机并列运行，机组台数宜为2~4台。
当受并列条件限制，可实施分区供电。
当用电负荷谐波较大时，应考虑其对发电机的影响。
2在方案及初步设计阶段，柴油发电机的容量可按配电变压器总容量的10%~20%进行估算。
在施工图设计阶段，可根据一级负荷、消防负荷以及某些重要的二级负荷容量，按下列方法计算的最大容量确定：
1）按稳定负荷计算发电机容量；
2）按最大的单台电动机或成组电动机启动的需要，计算发电机容量；
3）按启动电动机时，发电机母线允许电压降计算发电机容量。
3当存在电梯负荷时，在全压启动最大容量笼型电动机情况下，发电机母线电压不应低于额定电压的80%；当无电梯负荷时，其母线电压不应低于额定电压的75%。
当条件允许时，电动机可采用降压启动的方式。
4多台机组时，应选择型号、规格和特性相同的机组及配套设备。
5宜选用高速柴油发电机组及无刷励磁交流同步发电机，配自动电压调整装置，选用的机组应装设快速自启动装置及电源自动切换装置。
但笔者在翻阅《工业与民用配电设计手册》第三版时，发现其对柴油发电机组容量的选择略有不同。
《工业与民用配电设计手册》在第二章第六节中提到：
（1）应急电源一般只设一台机组，其容量按应急负荷大小和启动大的电动机容量等因素综合考虑确定。
（2）在方案或初步设计阶段，按下述方法估算并选择其中容量最大者：
1）按建筑面积估算。
建筑面积在10000m2以上的大型建筑按15~20W/m2，建筑面积在10000m2及以下的中小型建筑按10~15W/m2.。
2）按配电变压器容量估算。
占配电变压器容量的10%~20%。
3）按电动机起动容量估算。
当允许发电机端电压瞬时压降为20%时，发电机组直接起动异步电动机的能力为每1kW电动机功率，需要5kW柴油发电机功率。
若电动机降压起动或软启动，由于起动电流减小，柴油发电机容量也按相应比例而减小。
按电动机功率估算后，然后进行归整，即按柴油发电机组的标定系列估算容量。
（3）在施工图阶段可根据一级负荷、消防负荷以及某些重要的二级负荷容量，按下述方法计算并选择其中容量最大者：
1）按稳定负荷计算发电机容量；
2）按尖峰负荷计算发电机容量；
3）按发电机母线允许压降计算发电机容量。
（4）柴油发电机的额定功率是指外界大气压力为101.325kPa（760mmHg）、大气温度为20°C、相对湿度为50%的情况下，保证能连续运行12h的功率（包括超负荷110%运行1h）。
如连续运行时间超过12h，则应按90%的额定功率使用。
如湿度、气温、气压与上述规定不同，应对柴油发电机的额定功率进行修正。
（5）全压起动大容量笼型电动机时，母线电压不应低于额定电压的75%或80%。
电动机全压起动允许容量取决于发电机的容量和励磁方式；宜选用高速柴油发电机组和无刷型自动励磁装置。
由上可见，《民用建筑电气设计规范》与《工业与民用配电设计手册》在发电机的选择上大体上还是一致的，《工业与民用配电设计手册》在估算方面提供了更多的方法，在发电机容量计算方面较《民用建筑电气设计规范》而言，亦存在一些差异，这点已有专家学者撰文论述过，不再详述。
本文着重阐述柴油发电机组容量按《民用建筑电气设计规范》所提供的方法确定。
三、设计实例
以福州融信湾花园A1区发电机的容量确定过程为例。
该小区由7栋一类高层（A1#楼，A2#楼，A3#楼，A5#楼为29层，A6#楼，A7#楼为26层，A8#楼为24层）及一个面积为25283平方米的地下室组成。
本工程消防用电设备、客梯、应急照明、走道照明、安防、电子信息、生活水泵、地下室排水泵等按一级负荷要求设计，其余为三级负荷。
为保证二级及以上负荷用电的可靠性，在地下室设置一台自启动闭式风冷柴油发电机组，要求当市电停电时能在30s之内供电。
方案设计阶段，按福建省地方标准《10 kV及以下电力用户业扩工程技术规范》DB35T1036-2013 文的要求，算出该小区的配电变压器总容量为4448kV A。
按变压器总容量的15%估算柴油发电机的容量，选取一台600kW的柴油发电机。
施工图设计阶段，根据一级负荷、消防负荷的容量，按稳定负荷、最大的单台电动机或成组电动机启动的需要及启动电动机时发电机母线允许的电压降计算发电机容量，并按最大者确定。
需要注意的是，按《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）附录 A 民用建筑中各类建筑物的主要用电负荷分级中注明，一类、二类高层建筑中的一二级负荷，不包含消防负荷分级。
又根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）第3.5.4条，应急发电机的负荷计算应满足下列要求：
1当应急发电机仅为一级负荷中的特别重要负荷供电时，应以一级负荷中特别重要负荷的计算容量，作为选用自备发电机容量的依据；
2当应急发电机为消防用电设备和一级负荷供电时，应将两者计算负荷之和作为选用自备应急发电机容量的依据；
3 当自备发电机作为第二电源，并且尚有第三电源为一级负荷中特别重要负荷供电，以及当向消防负荷、非消防一级负荷及一级负荷中特别重要负荷供电时，应当以三者的计算负荷之和作为选用自备发电机容量的依据。
因此，本工程分别按非消防用电一级负荷及消防用电一级负荷分开计算。
计算过程详见下表：
柴油发电机容量计算
一级负荷用电（非消防负荷）
则P∑(总负荷）为：非消防一级负荷与消防一级负荷之和=554kW
1、按稳定负荷计算发电机容量：
2、按最大单台电动机启动需要计算发电机容量：
3、按启动电动机时母线容许电压降计算发电机容量：
综合环境条件，查得校正系数为0.95，故选择一台650kW的柴油发电机组。
四、结束语
计算柴油发电机容量时，能影响到最终结果的因素有很多，比如暂态电抗的取值，电动机的启动倍数、电动机的启动方式、外界气压、湿度、温度等，在实际工程中，计算用电负荷时，对非消防一级负荷和消防一级负荷所累计的用电设备或区域也不尽相同，本文对发电机容量的计算及选择仅是笔者个人愚见，万望各位同行能提出宝贵意见，共同讨论研究。
参考文献：
1、《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）中国建筑工业出版社
2、《工业与民用配电设计手册》第三版中国电力出版社
3、福建省地方标准《10 kV及以下电力用户业扩工程技术规范》DB35T1036-2013
4、《住宅建筑电气设计规范》JGJ 242-2011 中国建筑工业出版社
5、《低压配电设计规范》GB50054-2011中国计划出版社。