摘要：根据柴油发电机容量选择的基本原理，结合工程实例分析柴油发电机的负荷计算，分别计算消防负荷与平时重要负荷，综合考虑选择柴油发电机容量。
关键词：应急电源；备用电源；柴油发电机；消防负荷；平时重要负荷；容许电压降；启动；校验
前言
现代高层建筑或重要建筑中，选择柴油发电机组作为备用电源，已屡见不鲜；关于其容量确定的理论文章，也屡见于报刊。但在实际工程应用中，许多设计人员仍有茫然无序、颇费周折之感。到底如何快而准地计算发电机容量，一直都是值得探讨的重要课题。
1基本原理
根据《民用建筑电气设计规范》、《工业与民用配电设计手册》及笔者的经验，总结了自备柴油发电机组的设置原则：
（1）当民用建筑需按一级负荷要求供电时，若城市电网能提供二路独立电源（一用一备、两用不备或相互备用），则可不设柴油发电机组；但当一级负荷中有特别重要的负荷时，可设置柴油发电机作为应急电源（若一级负荷中有特别重要的负荷容量小或选择UPS、EPS更经济时，可不设柴油发电机）。
（2）当设置自备电源比从电力系统取得第二电源经济合理或第二电源不能满足一级负荷要求时，可设置柴油发电机（若一级、二级负荷容量小或选择UPS、EPS更经济时，可不设柴油发电机）。
（3）所在地区偏僻且远离电力系统，设置自备电源作为主电源经济合理时，可设置柴油发电机作为第二电源（若一级、二级负荷容量小或选择UPS、EPS更经济时，可不设柴油发电机）。
（4）当业主要求需设置柴油发电机作为备用电源时，设置柴油发电机。
2柴油发电机容量选择
2.1方案或初步设计阶段，按下述方法估算并选择其中容量较大者
2.1.1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以下的中小型建筑按10～15W/m2。
2.1.2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。
2.1.3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起动，由于起动电流减少，柴油发电机容量也按相应比例减少。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。
2.2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值
2.2.1根据稳定负荷进行计算
根据《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008第3.5条得知应急发电机的负荷计算应满足下列要求：当应急发电机仅为一级负荷中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，作为选用应急发电机容量的依据；当应急发电机为消防用电设备及一级负荷供电时，应将两者计算负荷之和作为选用应急发电机容量的依据；当自备发电机作为第二电源，且尚有第三电源为一级负荷中特别重要负荷供电时，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，应以三者的计算负荷之和作为选用自备发电机容量的依据。
现代一般民用建筑中，柴油发电机在火灾时为消防负荷和一部分重要负荷（此负荷不在火灾时切除的范围内），平时为重要负荷提供备用电源。柴油发电机的容量应首先要满足稳定计算负荷需要，包括消防负荷和重要负荷两部分。
消防负荷如何正确计算应引起重视。大中型民用建筑，往往由地下室、裙房及主楼组成，包含了多个防火分区。确定发电机容量、进行消防负荷计算时，显然不能盲目地将所有消防用电设备同时计入。笔者建议，考虑地下室一个防火分区发生火灾，此时联动相邻防火分区的消防设备和与此相关区域楼梯间的正压送风（需要核实地下具体楼层的最不利的一个防火分区）。此时消防泵、喷淋泵作为消防负荷必须计入，而消防电梯、防排烟风机、正压风机、应急照明等负荷计入多少，则要视其在某防火分区火灾时投入服务的负荷大小而定。
以某工程为例，某工程消防电气设备容量统计如下：
地下二层消防泵：90+110+5（消防水泵房照明负荷）=205KW
地下二层消防用电：124.5KW
地下一层消防用电：82.5KW
一层消防用电：92.5KW（其中正压风机为63KW）
二～四层消防用电：73.5KW
消防电梯（服务电梯）：50KW
地下一层1，2#变电所：42KW
地下一层柴油发电机房：50KW
一层开闭所：10KW
一层消防、监控室：35KW
地下二层～地下一层应急照明总箱：14KW
一～五层应急照明总箱：18KW
六～十二层应急照明总箱：14KW
十三～二十层应急照明总箱：16KW
消防可能发生用电的最大值为（以地下二层的一个防火分区发生火灾时，消防容量最大）：205+124.5+63+（50+42+50+10+35）×0.7（同时系数）=523KW
非消防重要设备容量统计如下：
两台载客电梯：50KW（平消兼用）
总台及大堂照明：25KW
二～二十层公共照明：155KW
通信网络机房：50KW
行政办公、 财务部等：12KW
厨房冷库：24KW
地下室潜水泵 12kW
人事、培训照明：8KW
电信机房照明：5KW
锅炉房照明：5KW
设备房照明：8KW
设备房、办公等照明：20KW
平时可能发生用电的最大值为：50+25+177+50+12+24+12+8+5+5+8+20=394KW
同时系数取0.75，394×0.75=295.5KW，发电机的最大容量为市电停电情况下发生火灾时柴油发电机所带的负荷，其负荷包括柴油发电机所带的消防负荷（以地下二层的一个防火分区发生火灾时，消防容量最大）和平时负荷（地下二层的一个防火分区发生火灾时，此负荷不切除）。
其负荷总计：523+（155+50+12+24+12）×0.65=687KW
PG1=P∑/η∑=687/0.88=781KW
PG1：按稳定负荷计算的发电机的有功功率
P∑：发电机总负荷的有功功率
η∑：总负荷的计算效率，一般取0.82～0.88
配置876KW（最大功率为969KW）发电机能保证所有特别重要负荷的用电需求
2.2.2根据尖峰负荷计算发电机容量
发电机母线上的启动负荷应该等于已接负荷与电动机启动容量之和，单考虑电动机的启动容量是错误的。发电机不同的励磁及调压方式，对机组容量选择也将产生重大影响。电动机启动容量达最大值是瞬间的，因此，可以不考虑两台及以上电动机的同时启动，对发电机造成冲击的问题。
SG2=[（P∑-Pm）/η∑+ Pm×K×C× cosøm /cosøn]/ cosø
PG2= SG2×cosø=[（687-110）/0.88+110×7×0.42×0.4/0.85]=807KW（以上述工程为例，最大电机功率为110kW）
SG2：按尖峰负荷计算的发电机的视在功率
PG2：按尖峰负荷计算的发电机的有功功率
Pm：启动容量最大的电动机或成组电动机的容量
Cosøn：启动容量最大的电动机或成组电动机的功率因素
K：电动机的启动倍数，一般取7
C：按电动机启动方式确定的系数[全压启动时为1；Y-△时为0.67；自耦降压时（50%抽头时为0.25；65%抽头时为0.42；80%抽头时为0.64）]
Cosøm：电动机的启动功率因素，一般取0.4
Cosø：发电机额定功率因素，可取0.8
配置876KW发电机能保证最大单台电动机启动的需要。
2.2.3根据发电机母线允许电压降进行计算
柴油发电机组的容量大小，除要满足上述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，即启动任一电动机时，其端子容许电压降应在规定范围之内。（发电机至电动机之间配电线路电压降的影响。亦即，发电机端子电压等于电动机端子电压与线路压降之和）。
SG3=（1-△U）×X’d×Pn×K×C/△U =（1-0.2）×0.25×110×7×0.42/0.2=323.4KVA（以上述工程为例）
PG3= SG3×cosø=323.4×0.8=258.72KW
Pn：造成母线压降最大的电动机或成组起动电动机组的容量
SG3：按发电机母线允许压降计算的发电机的视在功率
PG3：按发电机母线允许压降计算的发电机的的有功功率
△U：发电机母线允许电压降（有电梯时△U =0.2，无电梯时△U =0.25）
X’d：发电机瞬态电抗，一般取0.25
K、C：同上
Cosø：发电机额定功率因素，可取0.8
配置876KW发电机能满足发电机母线电压降的要求。
综上所述，配置876KW发电机（最大功率为969KW）即可。
3其他因素影响
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℃、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，则按90%额定功率使用。如气压、气温、湿度与上述规定不同，应对柴油发电机的额定容量进行修正。
4结语
电动机启动容量不仅与其额定容量有联系，更与启动方式密切相关。为缩小发电机组容量、降低造价，条件允许时，较大容量的电动机尽量采用降压启动。
参考文献：
[1]JGJ16―2008民用建筑电气设计规范[S]
[2]GB50054―201低压配电设计规范[S]
[3]GB50055―2011通用用电设备配电设计规范[S]
