低压柴油发电机应急备用供电系统典型方案探讨.pdf

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随 着 时 代 发 展 ， 生 命 科 学 、 数 据 中 心 、 科 研 建 设 等 工 程 项 目 中 ， 对 电 源
的 可 靠 性 有 越 来 越 高 的 要 求 。 设 计 者 应 从 用 户 需 求 、 投 资 控 制 、 方 案 合
理 等 方 向 出 发 ， 确 定 经 济 、 合 理 、 可 靠 的 设 计 方 案 。 本 文 总 结 归 纳 几 种
典 型 的 设 计 方 案 ， 并 给 出 两 个 项 目 案 例 供 大 家 参 考 。

1
柴油发电机组
柴 油 发 电 机 组 的 功 率 定 额 是 在 额 定 频 率 、 功 率 因 数 c o s φ 为 下
用 k W 标 示 的 功 率 。 定 额 功 率 的 种 类 有 持 续 功 率 ( COP) 、 基 本 功 率
( PＲ P) 、 限 时 运 行 功 率 ( LTP) 、 应 急 备 用 功 率 ( ESP) 。 运 行 周 期
在 2 4 h 内 的 允 许 平 均 输 出 功 率 ( Pp p ) 应 不 大 于 7 0 % 的 基 本 功 率 。
柴 油 发 电 机 容 量 计 算 可 参 考《 工 业 与 民 用 供 配 电 设 计 手 册 》第 四 版 中 第
节 计 算 长 期 连 续 运 行 所 需 要 的 功 率 ，按 不 大 于 7 0 % ～ 8 0 % 的 基
本 功 率 选 择 柴 油 发 电 机 组 的 额 定 功 率 。 验 证 柴 油 发 电 机 短 时 过 载 能 力 ，
发 动 机 短 时 过 负 荷 系 数 可 取 大 于 。 校 验 柴 油 发 电 机 母 线 电 压 降 。
柴 油 发 电 机 组 运 行 功 率 低 于 额 定 功 率 5 0 % 时 ， 油 耗 会 变 大 ， 燃 油 不 充
分 也 会 升 高 柴 油 发 电 机 组 故 障 ， 降 低 机 组 使 用 寿 命 ， 故 不 建 议 柴 油 发 电
机 组 长 期 低 负 载 工 作 。
柴 油 发 电 机 组 性 能 等 级 分 为 G 1 、G 2 、 G 3 、G 4 四 级 。工程 上 应 根 据 具
体 负 荷 特 性 来 确 定 柴 油 发 电 机 组 的 等 级 。
其 中 ， G1 : 连 接 的 负 载 只 规 定 其 基 本 电 压 和 频 率 参 数 ， 适 用 于 照 明 和
其 他 简 单 的 电 气 负 载 。 G2 : 电 压 特 性 与 公 用 电 力 系 统 有 相 同 要 求 ， 当
负 载 发 生 变 化 时 ， 允 许 暂 时 的 电 压 或 频 率 的 偏 差 ， 适 用 于 照 明 、 水
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泵 、 风 机 等 。 G3 : 连 接 的 设 备 对 发 电 机 组 的 电 压 、 频 率 和 波 形 有 严 格
要 求 ， 适 用 于 电 信 负 载 和 晶 闸 管 控 制 的 设 备 。
G 4 : 连 接 的 设 备 对 发 电 机 组 的 电 压 、 频 率 和 波 形 有 特 别 严 格 的 要 求 ， 适
用 于 数 据 处 理 和 计 算 机 系 统 。
关 于 柴 油 发 电 机 组 电 压 等 级 的 选 择 应 结 合 项 目 供 电 系 统 方 案 、应 急 电 源
负 荷 计 算 及 配 电 距 离 等 综 合 考 虑 。
对 于 负 荷 相 对 集 中 的 单 体 项 目 ，根 据 项 目 负 荷 计 算 需 要 设 置 柴 油 发 电 机 ，
可 采 用 低 压 柴 油 发 电 机 组 做 系 统 备 用 或 应 急 照 明 电 源 。 对 于 一 个 厂 区 ，
应 急 电 源 需 求 位 置 分 散 ，集 中 设 计 应 急 电 源 可 减 少 机 组 成 本 ，但 低 压 供
电 距 离 过 长 又 增 加 低 压 线 缆 成 本 ， 若 采 用 1 0 k V 柴 油 发 电 机 组 在
1 0 k V 供 电 电 源 侧 作 应 急 电 源 ， 可 减 少 低 压 电 缆 的 使 用 量 。 下 文 会 结 合
项 目 情 况 介 绍 不 同 电 压 等 级 柴 油 发 电 机 组 选 择 及 设 计 方 案 。

2
典型方案
不 同 市 政 条 件 下 ， 柴 油 发 电 机 组 作 为 备 用 电 源 或 应 急 电 源 的 设 置 情 况
可 分 为 表 1 中 的 几 种 典 型 情 况 。

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（ 1 ） 情 况 一 : 用 户 用 电 负 荷 等 级 有 一 级 负 荷 ， 但 市 政 只 有 一 路 电 源 ，
或 第 二 路 电 源 不 满 足 一 级 负 荷 要 求 时 ，需 要 设 置 柴 油 发 电 机 组 作 为 自 备
电 源 ， 如 图 1 所 示 供 电 系 统 图 ， 可 以 保 证 一 级 负 荷 供 电 的 可 靠 性 。

该 工 程 中 若 还 含 有 少 量 特 别 重 要 负 荷 ， 且 不 强 调 持 续 运 行 时 间 的 负 荷 ，
可 采 用 U P S 或 EP S 作 为 应 急 电 源 。
( 2) 情 况 二 : 用 户 用 电 负 荷 最 高 等 级 为 一 级 负 荷 中 特 别 重 要 负 荷 ，且 市
政 电 源 满 足 双 重 电 源 要 求 ， 满 足 一 级 负 荷 供 电 需 求 ， 设 置 柴 油 发 电 机 组
作 为 应 急 电 源 保 障 特 别 重 要 负 荷 用 电 。该 类 项 目 特 点 是 用 电 设 备 中 含 有
大 量 一 级 负 荷 中 特 别 重 要 负 荷 ( 如 甲 级 综 合 医 院 、数 据 中 心 、金 融 大 厦 、
特 种 行 业 保 障 性 电 源 ) ， 且 采 用 U P S 、 EP S 电 源 难 以 满 足 持 续 时 间 或
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投 资 成 本 过 高 时 ， 采 用 柴 油 发 电 机 组 作 为 应 急 电 源 ， 供 电 系 统 如 图 2
所 示 。

一 级 负 荷 、 二 级 负 荷 及 三 级 负 荷 均 应 分 配 在 双 重 电 源 的 供 电 系 统 中 ， 由
于 消 防 用 电 设 备 最 高 负 荷 等 级 为 一 级 ，所 以 消 防 负 荷 电 源 也 可 引 自 双 重
电 源 。
不 同 负 荷 对 允 许 停 电 时 间 要 求 不 同 ，为 了 弥 补 柴 油 机 电 源 切 换 所 需 要 的
时 间 ，可 根 据 负 荷 需 求 采 用 U P S 或 EP S 。不 间 断 电 源 设 备 U P S 适 用
于 允 许 中 断 供 电 时 间 为 毫 秒 级 的 负 荷 ， 逆 变 应 急 电 源 EP S 适 用 于 中 断
供 电 时 间 为 5 s 以 上 的 负 荷 。
( 3) 情 况 三 : 用 户 用 电 负 荷 最 高 等 级 为 一 级 负 荷 中 特 别 重 要 负 荷 ，且 市
政 两 回 电 源 供 电 ， 但 不 独 立 ， 设 置 柴 油 发 电 机 组 作 为 备 用 电 源 如 图 3
所 示 。 该 情 况 下 ， 二 级 负 荷 引 自 双 路 市 电 就 可 以 ， 一 级 负 荷 需 要 引 自 市
政 电 源 及 备 用 电 源 ，特 别 重 要 负 荷 仍 需 再 设 置 应 急 电 源 。 应 急 电 源 的 选
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择 有 柴 油 机 、 EP S 电 源 、 U P S 电 源 ， 此 情 况 下 需 综 合 允 许 断 电 时 间 、
投 资 等 要 求 ， 合 理 选 择 应 急 电 源 。

图 3 给 出 消 防 负 荷 与 备 用 负 荷 分 开 母 线 供 电 的 方 案 ， 满 足 消 防 救 援 要
求 。且 消 防 负 荷 备 用 电 源 受 非 消 防 负 荷 故 障 的 影 响 小 。柴 油 机 启 动 电 气
示 意 图 如 图 4 所 示 。

工 程 项 目 在 选 择 柴 油 发 电 机 供 电 系 统 方 案 的 时 候 ，首 先 应 根 据 规 范 及 建
设 方 使 用 需 求 ， 确 定 负 荷 等 级 ， 并 对 各 级 负 荷 进 行 负 荷 计 算 ， 然 后 向 甲
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方 或 供 电 部 门 沟 通 电 源 情 况 ，最 后 根 据 负 荷 计 算 、工 艺 需 求 及 建 设 投 资
费 用 选 择 合 适 的 方 案 。
柴 油 发 电 机 组 的 选 址 协 同 项 目 变 电 站 位 置 ， 宜 紧 邻 该 项 目 的 变 配 电 站
( 即 靠 近 负 荷 中 心 ) ， 同 时 考 虑 柴 油 发 电 机 组 排 烟 、 排 气 是 否 可 行 ， 可
结 合 立 面 造 型 设 置 通 风 井 等 。其 次 柴 油 发 电 机 房 的 位 置 要 考 虑 柴 油 发 电
机 运 行 时 产 生 的 噪 音 和 振 动 ， 避 免 设 置 于 需 要 保 持 安 静 的 场 所 附 近 。

3
某科研建筑应急电源设计案例
某 科 研 保 障 大 楼 总 建 筑 面 积 为 1 5 7 4 2 0 m 2 ， 其 中 1 号 科 研 楼 为 2 3
层 ， 建 筑 面 积 为 6 4 2 3 1 m 2 ， 建 筑 最 高 处 为 1 0 0 m ， 2 号 科 研 楼 为 1 1
层 ，建 筑 面 积 为 4 2 0 3 3 m 2 ，建 筑 最 高 处 为 4 9. 9m ，地 下 建 筑 为 4 层 ，
地 下 建 筑 面 积 5 0 8 6 8 m 2 。 该 建 筑 为 一 类 高 层 建 筑 。 其 中 走 道 照 明 、 值
班 照 明 、 警 卫 照 明 、 障 碍 照 明 用 电 、 主 要 业 务 和 计 算 机 系 统 用 电 、 安 防
系 统 用 电 、 电 子 信 息 设 备 机 房 用 电 、 客 梯 用 电 以 及 排 污 泵 、 生 活 水 泵 、
部 分 科 研 设 备 、 消 防 负 荷 用 电 为 一 级 负 荷 。
消 防 负 荷 与 非 消 防 负 荷 不 同 时 使 用 ， 负 荷 计 算 时 分 开 计 算 ，负 荷 计 算 如
表 2 ～ 3 所 示 。

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火 灾 情 况 下 切 除 非 消 防 负 荷 ，故 消 防 电 源 与 非 消 防 电 源 不 同 时 使 用 ， 柴
油 发 电 机 组 容 量 仅 需 保 证 两 者 之 间 最 大 的 需 量 来 选 择 。
一 级 负 荷 需 要 双 重 电 源 ， 但 市 政 能 保 证 两 路 电 源 供 电 并 不 能 保 证 双 重
1 0 k V。 为 保 证 一 级 负 荷 用 电 ， 本 项 目 采 用 方 案 3 系 统 图 ， 消 防 负 荷 与
应 急 母 线 分 母 线 供 电 ， 保 证 消 防 情 况 下 一 键 切 换 到 非 消 防 用 电 源 。
应 急 发 电 机 组 的 启 动 信 号 应 取 自 市 电 电 源 主 开 关 的 辅 助 触 点 ，不 应 取 自
电 压 继 电 器 的 接 点 ，因 为 继 电 器 有 可 能 误 动 作 。 故 实 际 项 目 中 往 往 先 将
失 压 信 号 发 送 给 主 进 线 开 关 ，主 进 线 开 关 动 作 后 ，辅 助 触 点 联 动 柴 油 发
电 机 组 。 系 统 图 可 参 考 图 4 。
双 路 市 电 同 时 供 电 ， 两 段 母 线 中 间 设 联 络 开 关 ， 当 一 路 市 电 断 电 后 ， 联
络 开 关 闭 合 ， 为 另 一 端 母 线 供 电 。 当 两 路 市 电 均 断 开 后 ， 启 动 柴 油 发 电
机 ， 收 到 启 动 信 号 延 时 0 ～ 1 0 s ， 自 动 启 动 柴 油 发 电 机 组 ， 柴 油 发 电 机
组 一 般 在 1 5 s 内 达 到 额 定 转 速 、 电 压 、 频 率 。 柴 油 发 电 机 组 应 设 有 自
动 启 动 装 置 ， 当 市 电 恢 复 3 ～ 5 m i n 后 ， 双 电 源 转 换 开 关 动 作 ， 恢 复 市
电 供 电 。
市 电 与 应 急 电 源 转 换 可 参 见 图 5 ，以 保 证 重 要 负 荷 的 正 常 运 行 ，柴油 发
电 机 组 必 须 与 原 供 电 系 统 的 同 序 运 行 。双 电 源 转 换 开 关 在 接 到 市 电 失 压
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