浅谈柴油发电机组的设计方法和内容
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[摘 要]简要介绍了柴油发电机组的设计方法，着重对建筑电气设计专业在设计柴油发电机组时的相关内容进行了阐述，并提出了设计要点，以期设计出一个经济、合理、舒适以及高效的柴油发电机组。
[关键词]柴油发电机组，机房，供配电系统
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0257-01
在供配电系统设计规范中将电力负荷分为一、二、三级。其中，一级负荷要求由两个电源供电；一级负荷别重要的负荷除要求由两个电源供电外，还要求增设应急电源，这是应急电源的强制性设置要求。另外，还有出于经济性、政治性等因素的考虑而设置备用电源，用以防止因正常电源的断电而引起的数据资料损失或造成政治形象等的不良影响。基于以上情况柴油发电机组作为应急备用电源的一种应用于许多工程中。以下简单介绍几点建筑电气设计专业在设计柴油发电机组时的相关内容。
1 柴油发电机组机房的选址
一般柴油发电机房宜设置在用电负荷中心，这样可以避免因线路过长而增加的电缆投资，以及为保证供电电压质量而增加的投资。柴油发电机房位置的选择还应考虑柴油发电机组运行过程中多方面因素：一方面是保证机组本身的运行环境，即机组运行中的通风、排风、排烟。这里我们仅考虑燃烧柴油作为燃料，因为就目前市场上大部分工程都是采用柴油作为燃料，燃料的供应及储存也是机房设置需要考虑的因素。柴油发电机组在运行过程中，由于柴油的燃烧会产生大量的烟，同时柴发机组本身运行产生气体和热量，这些烟、气和热量不仅不利于柴发机组本身的运行，也给人活动的场所造成了环境污染。所以，柴发机房选择位置时需考虑能很好的将这些烟、气和热量排送到远离室内和人员进出口的位置，并同时能给机房引入新风，形成良好的散热、通风环境。另一方面柴油发电机组运行时会振动并产生噪声，这就要求机房在选址时考虑振动及噪声对所在环境的影响，必要时应采取合理的减振及降噪的措施。综合以上需要考虑的因素，一般条件允许时，可将柴发机房设于项目附近的室外，并背离出入VI，人员密集的地方。当条件不允许时，现在许多项目也都设于地下层，通过有效的通风、排风、排烟以及减振、降噪等措施，也运行良好，并取得较好的经济效益。
2 柴油发电机组容量的选择
一般在方案或初步设计阶段，我们没有办法知道具体的负载情况，这时，柴油发电机组的容量按配电变压器总容量的10%～20%考虑，这在规范和专业的技术措施中都有说明。在施工图设计阶段，我们确定所需柴油发电机组的容量时，首先要确定柴发所带的负载类型，柴发被使用的情况，即柴发是作为纯备用负荷使用，还是还需正常负荷在市电断电时也使用柴发作为正常负荷的供电电源。这里前一点所说的备用负荷是指柴发使用项目中由于消防要求、供电保障性要求所必须要求设置备用电源的负荷。供电负荷的确定是考虑到供电的可靠性、经济性等多种因素，在权衡利弊后得出的一个合理的方案。当一个项目的供电负荷确定后，才可以进一步确定柴发机组的容量。柴发机组容量的计算公式在JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范中有详细说明，这里就不再引用了。
3 柴油发电机组与供配电系统的设计
根据柴油发电机组的台数，所带负载的性质、功能及供电要求，采用柴油发电机组作为备用电源的供电系统有许多种。目前实际应用中常用的典型的供电系统有：发电机组直接为普通负载供电；多台发电机组并联为普通负载供电；单机组作为备用电源与市电分别给负载供电；多台机组、多个转换开关分别对负载供电；4f为常用电源中的中、高压简单发电机使用的配电系统；多台发电机与市电电源采用母联或并联向负载供电的中高压系统；低压发电机采用升压变压器后向低压或中压配电系统供电等。具体采用什么样的供电方式应当根据当地电网的供电情况，结合负载使用的实际情况而定。其中单机组作为备用电源与市电分别给负载供电，多台机组、多个转换开关分别对负载供电更是许多工程中常用的低压供电配电系统。当确定的柴油发电机组容量较大，一般不小于800 kW时，宜设置两台同容量的柴油发电机组，这两台机组可分别带起部分负载，也可并机使用向所有负载供电。同时，设置两台柴油发电机组也可互为备用，当一台出现故障或需定期维修时，可先用另一台作为备用电源，向部分需要最优先或强制必须保障的负荷供电。一般柴油发电机组是不允许与市网并列运行的。主要是考虑如果柴发机组发生故障，将有可能波及到市网，从而扩大了故障影响面。所以，通常采用连锁来使用柴发与市电，以防止二者并列运行。柴油发电机组的启动方式及要求也要根据所带负载的性质及供电方案确定。机组的控制柜等一般由厂家成套提供。由于柴油发电机组的启动一般采用电启动，需要充电机、蓄电池等启动设备所必须的市电电源，所以，柴油发电机房也是需要设置市电电源的。在使用柴油发电机组作为应急备用时，当正常电源即市电发生故障停电时，市电一柴发机组转换控制系统发出信号启动柴发机组；当市电恢复时，控制系统发出信号，柴油发电机组停机，恢复正常市电供电。无论转换市电一柴发机组转换控制系统核心采用PLC控制还是采用集成控制单元控制，一般都要求具有过负荷和短路保护等保护功能。当柴油发电机组容量不足时，能够卸掉次要负荷，当市电恢复正常时能够恢复被卸掉的负荷。
4 柴油发电机组的冷却系统设计
目前市场上的柴油发电机组的冷却方式分为风冷式和水冷式两种，风冷式又称封闭自循环水冷却方式。具体采用哪种冷却方式，一般是由暖通专业根据现场条件及机组配合确定。冷却方式的选择也有可能影响到柴油发电机房的位置、大小及布局等。除了冷却系统，还有通风也很重要。一台柴油发电机组的柴发机房燃料燃烧产生的热量中大约有20%是被冷却液系统散发的，有30%是排出的废气热量，有3%一8%是交流发电机产生的热量，有5%是机组本身热辐射到机房的，最多有36%是作为电能输出的。根据以上不同形式的热量采用相应的方法将其从柴发机房内消除，这样才能保障发动机的正常运行温度。
5 柴油发电机房与土建专业的配合
当柴油发电机组容量确定后，就可以考虑柴油发电机房的施工图设计。根据柴油发电机组的容量，可参考市场上现有产品的尺寸，一般在没有确定产品的情况下都按较大尺寸来设计。柴油发电机房内机组与各方位墙、门等的距离要求，在国家规范中都有详细规定，这里不再重复引用。需要说明的是，柴油发电机房设计时不应仅考虑机组尺寸，还应考虑到控制柜位置，控制柜的检修及操作间距；应考虑机组的通风、排烟风道的位置；应考虑燃油的输送或储备房间；根据机房设置的位置及确定的机组的冷却方式考虑是否用水箱及其位置等因素。当机组的布置确定后，就可以确定机组的基础设计。柴油发电机组的典型隔离减振基础
应高出地面150 nlln，基础应采用钢筋混凝土基础，设置于至少200mm的砂土或砾石层上。现在市场上采用一体式隔离措施的发电机组，可使发电机的隔离减振效率减到60%一80%。有关油路、电路的敷设方式及路径，不同厂家的接口位置都不同，所以，柴油发电机房的基础及管件预埋等工作在施工图设计阶段可仅预留下房间，待厂家确定后根据产品的接口位置，与设计院确定动、静荷载后，由有资质厂家自行确定及施工。总之，柴油发电机组设计时需要考虑各方面因素，要设计出一个经济、合理、舒适以及高效的柴油发电机组，需要不断实验、探索、总结。这里仅仅根据以往设计柴发的经验总结了一些需要注意的部分，给刚刚涉入的同行一些参考，不足之处，还需不断的补充、完善，不断的积累经验。
参考文献
[1] JGJ 16-2008，民用建筑电气设计规范[S].
[2] 08D 800-2，民用建筑电气设计与施工[s].