卓展工程顾问（北京）有限公司上海分公司 200235
摘要：本文根据笔者多年工程实践和对相关技术规范及文献的查寻，就关于柴油发电机容量选择、柴油发电机机房设计关注点、柴油发电机供电范围几个重点进行总结，并提出了笔者的看法和相应的处理技术措施。
关键词：柴油发电机；柴油发电机功率；电压损失
1引言
近年来，城市在快速发展，伴随的建筑设计行业也经历着快速发展，大型综合体项目，超高层项目及五星级酒店项目越来越多，此类项目中往往牵涉到柴油发电机组的设置问题，而关于此柴油发电机容量是否合理、供电范围是否满足等都值得分析，现就笔者在项目中碰到的相应问题进行探讨及总结，并提出一些建议。
2柴油发电机容量选择
关于柴油发电机容量的选择需从设备的计入范围，容量的计算，以及柴油发电机的最终选型几个方面来分析，最终确定最适合项目的柴油发电机容量与规格，下面笔者就以上三个方面分别展开探讨：
2.1柴油发电机系统的配电范围
柴油发电机容量选择面临的第一个问题就是需为哪些用电设备提供柴油发电机的配电回路？笔者参与的项目中碰到最多是大型综合体项目，在此类项目中一般会有五星级酒店、超高层办公建筑、大型商业裙房以及连通的大型地下车库，关于此类业态，分析如下：
2.1.1五星级酒店
（1）一般在此类项目中五星级酒店为独立的一栋楼，或者位于超高层建筑中的某段楼层内，不管是哪种状态都需为酒店设置独立的柴油发电机组，为什么需设独立的柴油发电机系统，就其主要原因并不是国家规范要求，而是五星级酒店的国外管理公司考虑酒店的定位与独立管理之要求。此类属使用上的因素所决定，某些设计院如果刚接触此类项目就易范错误，把酒店与其他业态共用柴油发电机组，笔者参与的项目中就碰到设计院犯此类错误的情况，如：广西南宁GIG国际金融资本中心项目，笔者从施工图审核开始参与此项目，施工图设计方为广州某大学的设计院，就犯了此错误。
（2）关于设备的接入，因酒店为塔楼，对于停电火灾时需考虑的消防设备而言，应含：屋顶的消防风机，消防电梯，竖向的楼梯应急照明，每层公共通道的消防应急照明，消防泵（含转输泵），酒店用消控中心，为酒店服务的变电所等用电。而对于停电非消防时，应含：安防系统，综合布线系统，IT系统，卫星电视机房，擦窗机，生活水泵，锅炉，厨房冷库（含为此服务的冷却塔），为酒店服务的变电所，除此之外还需根据不同的酒官要求相应把客房内1个应急灯，走道的20~50%的照明，每集团组客梯中的1台，工程部办公室等用电。
2.1.2超高层办公与裙房商业
（1）关于超高层是否要上柴油发电机，就消防上来说，除了2017年9月21日公安部出台的《建筑高度大于250米民用建筑加强性防火技术要求》的文件及个别地方（如：上海）有专门的规定外，国家的规范中没有相应的要求，国家规范对消防的最高负荷等级为满足一级。那么对于此超高层建筑是否要上柴油发电机就得从此楼的定位与价值上去考虑，若此楼属某城市或某区域标志性建筑，往往此类楼创造的经济价值及社会无形价值都较大，如发生两路市政停电而无第三路电源保障，则不管在经济上还是在社会影响上都很不利，鉴于此，上第三路柴油发电机电源是很有必要的[1]。同时既然从定位与价值的角度已上柴油发电机了，那么此柴油发电机容量确定时同时也需兼顾消防要求。
（2）因超高层办公与商业属塔楼与裙房的关系，此时在考虑上柴油发电机时往往塔楼与裙房统一考虑；此时对于停电火灾时需考虑的消防设备而言，应含：所有的消防风机，消防电梯，竖向的楼梯应急照明，每层公共通道的消防应急照明，消防泵（含转输泵），防火卷帘，总消控中心，为办公、商业服务的变电所等用电。而对于停电非消防时，应含：安防系统，综合布线系统，擦窗机，生活水泵，客梯、公共通道的一、二级负荷照明，潜污泵，工程部办公室，为办公、商业服务的变电所等用电。
（3）关于办公楼内未来金融类高端客户入驻的柴油发电机电源考虑，此部分常常被忽略，以典型的上海环球金融中心为例，后期经营时就引来了摩根士丹利下属华鑫基金管理有限公司、三井住友银行、瑞穗实业银行、法国巴黎银行等入驻，且这些金融类企业都要求了独立的柴油发电机系统。当然一般城市或区域超高层的定位不能与上海环球金融中心比，因此我们仅需考虑后期1~2家高端金融租户入驻的可能，并为此作条件准备。鉴于到后期招商在对象及时间点的不确定性，项目前期如果就上柴油发电机，容量无法确定，同时成本也存在浪费，此时我们考虑为以后1~2家高端金融租户入驻预留好建筑空间（包括进排风、烟囱等）即是一种可行的合理方式。
2.2容量的计算
在柴油发电机系统的配电范围确定后，接下来柴油发电机容量的确定就是关键，在柴油发电机配电系统的设计中，我们需为楼内所有消防及非消防应急设备提供配电回路，但在算柴油发电机容量时却不是把相关设备简单地加起来再适当取需要系统来定，此类做法确定的容量往往不准，可能存在柴油发电机容量的大量浪费，或者又因要考虑柴油发电机成本在加大打低需要系数后容量又偏小，到了关键停电又火灾时柴油发电机却起不动，将产生重大危害，这是一大隐患，此问题在柴油发电机容量的计算中有一定的普遍性，如笔者参与的广西南宁GIG国际金融资本中心项目（设计院为广州某大学设计院），合肥悦方中心项目（设计院为上海某有名设计院）等都存在此问题，即：设计院出图时给出的容量与实际所需的容量不对应。究其原因是其柴油发电机的容量计算书采用把所有接入设备的容量简单累加再取需要系数的计算，此算法存在很大的主观与随意性，其结果往往不准；深层次原因是柴油发电机是备用设备，在未遇到的特定的情况下不用带载启动，而此特定的情况可能几年或几十年都遇不到；另外，在竣工验收阶段，基本的情况是对于柴油发电机组仅做起动测试；如此容量不足的情况常常暴露不出来，从而导致设计院出图设计时也就往往不够重视。笔者认为，要把柴油发电机容量计算较接近实际使用情况，需从以下两个方面准确把握：
（1）从空间上确定哪些设备需计入容量计算。关于此问题目前电气方面的规范除了《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）第6.1.2的第3款提到“在方案及初步设计阶段，柴油发电机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二级负荷的容量”概括性的提到以外，其他电气方面的国家规范似乎找不到在柴油发电机容量计算时哪些区域的设备需考虑计入的阐述；在电气方面没有相应国家规范说明的情况下，不妨从水专业借鉴相关依据，据《建筑设计防火规范》GB50016-2014，水专业基本上是按仅有1个最不利防火分区起火来考虑消防供水量的，这一点电气专业可以作为参考。同时，此做法在广州、深圳等一些地方审图公司是认可的；上海2016年更新版的《民用建筑电气防火设计规程》DGJ 08-2048-2016（J11323-2016）的4.2.1的条文说明提到“柴油发电机容量应满足发生火灾的最大消防用电工况负荷。对于只按一点火灾设防的项目而言，只需满足一点火灾情况下的最大消防用电负荷”。鉴于以上几点，笔者建议柴油发电机容量的计算满足一点火灾情况下的最大消防用电负荷即可。
（2）确认了容量的计算采用“一点火灾情况下的最大消防用电负荷”后，因柴油发电机计算容量的最初确定是由市政停电又火灾时消防设备用电量与市政停电非火灾时重要设备用电量的最大者来确定的，为了更加准确地计算两种情况的用电量，笔者现提出以下几个概念：
A、平时使用的消防设备：即非火灾情况下也在使用的消防设备。如：参与平时使用的消防应急照明、消防电梯等。
B、平时不使用的消防设备：即非火灾情况下不使用的消防设备。如：喷淋泵、消防栓泵等。
C、非消防重要负荷之火灾时切断设备：平时按非消防重要负荷供电，但在火灾时需要切除的设备。如：一二类高层建筑公共通道的普通照明、地下室的排水泵等。
D、非消防重要负荷之火灾时不切断设备：平时按非消防重要负荷供电，同时在火灾时也不切除的设备。如：通讯系统、生活水泵等。
此时容量计算的公式如下：
市政停电未发生火灾时计算容量Q1＝“A+C+D”
市政停电又发生火灾时计算容量Q2＝“A+B+D”
此时再来比较Q1与Q2大小，以大者来确定柴油发电机的计算容量，当然后面还需用单台或单组最大设备启动时引起的压降来复核，民用建筑中压降的复核对柴油发电机计算容量一般没影响，如确实压降要求的计算容量更大，那则以压降复核要求的容量来确定柴油发电机的最终容量。
（3）在以上（1）、（2）的基础上得出来的柴油发电机计算容量是比较接近实际使用值的，即做到了因不偏大而浪费柴油发电机的投资成本，又避免了因偏小而在关键时刻起不动产生重大危害。
2.3柴油发电机的最终选型
在柴油发电机计算容量最终确定后，跟进的就是选型了；常规设计时从厂家样本上一般仅能看到常用功率与备用功率，关于柴油发电机功率，国家有相应的定义，如下：
（1）持续功率（COP）：在商定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组每年运行时间不受限制地为恒定负载持续供电的最大功率。
（2）基本功率（PRP）：在商定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组能每年运行时间不受限制地为可变负载持续供电的最大功率。（在24h周期内的允许平均输出功率（Ppp）应不大于PRP的70%，除非往复式内燃机（RIC）制造商另有规定。）
（3）限时运行功率（LTP）：在商定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组每年供电达500h的最大功率。（按100%限时运行功率（LTP）每年运行的最长时间为500h。）
（4）应急备用功率（ESP）：在商定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，当公共电网出现故障或在实验条件下，发电机组每年运行达200h的某一可变功率系列中的最大功率。（在24h的运行周期内允许的平均输出功率应不大于ESP的70%，除非往复式内燃机（RIC）制造商另有规定。）
平时厂家样本中提到的常用功率相当于以上的基本功率（PRP），而备用功率相当于以上的限时运行功率（LTP）；以上概念明确后就可根据不同的项目情况对柴油发电机最终选型，即：
A、用于通信、楼宇等负载变化较多的选备用功率（LTP）；
B、用于数据中心、厂矿、军队等负荷变化较少的选用常用功率（PRP）。
3柴油发电机机房
关于柴油发电机机房的位置以及机房内机组与墙体、门的距离等在《民用建筑设计通则》及《民用建筑电气设计规范》里已有明确的规定，笔者仅就在项目中机房碰到一些问题浅谈如下：
（1）电源输出柜与柴油发电机共处一室。这种做法较常见，我们知道柴油发电机组的防护等级一般为IP23（主要由电球决定），目前柴油发电机房一般采用水喷雾系统（高压微雾除外），此时电源输出柜的防护等级按常规取IP30就有结雾滴水进柜的风险，因此采用IP31的低压柜是合适的。另外笔者在项目中发现一个常常被忽略的风险点，即：母线与电球连接出的防水问题，如下图：
上图为在项目中对于母线与电球连接时的常用做法，通过“硬母线（IP54）+软母线+接电球的接线端”来实现连接，保护罩固定在电球上，此做法风险在于水喷雾后在母线上凝结形成水滴会沿母线往下流，最终通过防火泥的间隙流到裸软铜母线上，可能引起短路的极大风险。
上图为笔者建议的做法，同样是通过“硬母线（IP54）+软母线+接电球的接线端”来实现连接，但保护罩固定在母线上，与母线形成一体，完全避免了凝结水滴流到裸软铜母线上的问题，避免了短路的风险。同时也应当关注，当硬母线通过上进的方式进入柴油发电机房内的低压柜时，保护罩也应当采用此类做法。
（2）在室外有储油罐的柴油发电机油路系统中，当柴油发电机房起火时，油路控制箱通过接收火灾报警系统的信号后切断日用油箱向柴油发电机组的供油，同时把日用油箱内的油输出至室外油罐，以尽可能地隔离风险。关于柴油发电机房起火后引起因燃油而扩大火灾的情况往往出现在无室外储油罐的情况下，此时因油路简单一般不上油路控制箱，而当柴油发电机房起火后，则无法关断日用油箱到柴油发电机组的油路，火灾则有因油路未切断而扩大的风险；我国香港地区的常用做法，在柴油发电机房的室外门口处设日用油箱到柴油发电机组的油路控制开关，火灾时可实现人工室外关断油路，以尽可能减少火灾的扩大化；无油路控制箱的柴油发电机组设计时可借鉴。
4柴油发电机组的供电距离
柴油发电机组的供电距离是一个常谈的问题，项目中还会碰到的做法是：设计院简单地从电压降考虑后划分成约200米以内采用低压，超出200米则采用高压。理由是与变压器供电距离一致，这实际是对变压器与柴油发电机出口电压调节功能不同的不了解而产生的误区。民用建筑中10/0.4KV变压器出口电压常无自动调节功能，出口电压能达到0.4KV是指在空载的情况下，而因调整率的关系，在负载率80%时，此时出口电压约为384V左右，据《民用建筑电气设计规范》对负载±5%电压质量的要求，可下降的区间为5%，此时的供电距离为200米左右；柴油发电机不一样，柴油发电机组有自动电压调节器（AVR），当负载增加，电压下降时，AVR采集到信号后会与参考值比较，然后通过向励磁绕组提供一个稳压的直流输出，最终让电压恢复到参考值，即不管负载怎么变化，柴油发电机的出口电压都能保持到约400V，对于负载±5%电压质量的要求，可下降的区间为10%，此时的供电距离可达400米左右。
笔者有一个万科上海南站商业综合体的项目案例，从柴油发电机房经过变电所后到最高塔楼屋顶的距离约435米，图示如下：
以上可见，柴油发电机供电距离400米左右是可行的，出口电压400V也保证了由柴油发电机供电的就近设备的用电电压在+5%以下的范围，满足用电设备对电压质量的要求。另一种更非常规的作法，让柴油发电机的电球在工厂定做，此时出口电压可提高约20%，供电的距离就更远了，而为确保就近用电设备的工作电压在400V以下，可通过串联电感分摊电压的方式来实现；当然低压柴油发电机的电球是否要特做就看是否有必要了，而这往往又取决于成本。
结束语
对于柴油发电机系统的设计，需考虑多个方面，如：机房位置、进排风、烟囱、噪音等等，而容量的确定，机房的要求，以及供电距离及区域的确定是其核心；笔者通过项目中所见及总结，就以上三方面提出自己的看法及建议，以期在项目中设计出从可靠性、成本、安全等各方面都合理的柴油发电机系统。
参考文献
[1]王金元，《超高层建筑设计应注意的电气安全问题》（《建筑电气》2010年2-增刊（上），2010年9月30日出版）.
[2]JGJ16-2008，《民用建筑电气设计规范》.
[3]GB50016-2014，《建筑设计防火规范》.
[4]DGJ 08-2048-2016(J11323-2016)，《民用建筑电气防火设计规程》.
[5]GB 50352-2005，《民用建筑设计通则》.
[6]GBT 2820.1-2009，《往复式内燃机驱动的交流发电机组 第1部分：用途、定额和性能》.
[7] 04DX101-1，《建筑电气常用数据》.
论文作者:王寿敏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/5/25
标签：柴油论文; 发电机论文; 容量论文; 火灾论文; 项目论文; 母线论文; 电压论文; 《基层建设》2018年第7期论文;