超高层建筑柴油发电机容量优化设计

柴油发电机容量选择现状

柴油发电机作为应急电源，其容量是否需满足工程内所有应急负荷的容量要求，是电气设计师在设计过程中的难点问题。在实际工程设计中，不同的设计师在选择柴油发电机容量时计算方法不一样，最终选择出来的柴油发电机容量千差万别。方案和初步设计尚可按照工程总容量的10 % ~ 20 % 考虑，但施工图阶段差别很大。

根据一份调查报告（悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司电气总工程师李炳华2017年4月24日在其“炳华话电气”微信公众号发布的华东建筑设计研究总院金大算总工的学术报告中的数据）：目前国内已有超高层建筑单位装机容量在10 ~ 35 VA / m ² ，柴油发电机容量与市电的比值在10 % ~ 25 %，以上均为取整后的值。可以看出在柴油发电机容量的选择上，很多设计师并未达成共识，导致容量差别较大，当然也不排除建筑业态不同的原因。

柴油发电机容量常规计算方法

正常情况下，柴油发电机容量的选择依据《民标》第6.1.3条的条文说明中的3个公式来计算。

> > > >    按稳定负荷计算

> > > >    按最大的单台电动机或成组电动机启动的需要计算

> > > >     按启动电动机时母线容许电压降计算

通常按公式（1）初步确定柴油发电机容量，再根据公式（2）和（3）复核。最后，还需要根据外界气压、温度、湿度、海拔高度等外部条件，按照《民标》6.1.3条条文说明的附表2 ~ 表5进行校正。

柴油发电机容量优化计算方法

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案例分析

> > > >    工程概况

本项目位于浙江省湖州市，为某新城CBD项目的主地标，地上部分包含超高层办公 + 酒店 + 公寓，单体地下部分为酒店后勤区。地上建筑高度318 m（含塔冠），共66层，1 ~ 29F为办公；30F为公寓变电所；31F为避难层 / 设备层；32 ~ 45F为酒店式公寓，46F和47F为避难层 / 设备层；48 ~ 66F为五星级酒店。地上建筑面积14.72万m ² ，地下室、酒店后勤区加裙房设置的宴会及会议区约2万m ² 。本工程还有裙房商业及地下汽车库等单独子项，不在此次讨论的范围。

> > > >  方案阶段柴油发电机容量

本工程变电所总安装容量16 240 kVA，其中酒店部分6 400 kVA，办公 + 公寓9 840 kVA。由于本工程建筑高度318 m，根据方案可行性比较和专项消防论证，柴油发电机选择低压供电方案。

方案阶段，按变电所安装容量10 % ~ 25 % 考虑，酒店部分柴油发电机1台1 500 kVA（1 200 kW），办公 + 公寓部分选择1台柴油发电机1 250 kVA（1 000 kW），竖向配电如图1所示。办公 + 公寓柴油发电机和酒店柴油发电机供电示意图，如图2、图3所示。

> > > >  施工图阶段柴油发电机容量

首先根据《民标》明确本工程的应急负荷和备用负荷，应急负荷由柴油发电机应急母线段供电，备用负荷由柴油机备用母线段供电，如表1所示。

根据前文公式（1）和（2），按稳定负荷和最大的单台电动机启动的需要，分别计算出不同情况下柴油发电机容量（已取整），如表2所示（根据水专业提资，已知办公 + 公寓部分单台最大的电动机为31层消防泵房的转输泵160 kW，酒店部分单台最大的电动机为B1层消防泵房的转输泵132 kW），公式（3）仅适用于柴油发电机与应急负荷中心距离很近的情况，显然不适用于本工程这类超高层公共建筑，故计算时不考虑。

关于消防设备需要系数取值，在末端K _x = 1.0，当计算柴油发电机容量时，考虑消防设备并非同时启动，且在消防设备工作时并未按设计最大功率运行，故计算柴油发电机总容量时可以考虑K _x = 0.8。

如果简单将所有消防设备数据相加，则可以得出办公 + 公寓需设置2台1 875 kVA（1 500 kW）低压柴油发电机；酒店部分取消防和备用负荷两者最大值，需设置2台2 000 kVA（1 600 kW）低压柴油发电机。

根据本工程变压器安装容量，酒店部分与市电占比为62.5 %，单位装机容量为59.7 VA / m ² ；办公 + 公寓部分与市电占比为38.1 %，单位装机容量为37.5 VA / m ² 。将两者合并按整个项目计算时，柴油发电机与市电占比为47.7 %，单位装机容量为46.4 VA / m ² 。显然已经远远超过统计数据单位装机容量在10 ~ 35 VA / m ² ，柴油发电机容量与市电比在10 % ~ 25 % 的范围。此方案显得既不经济，也不合理。

> > > >    优化柴油发电机容量

如果只考虑1个起火点，按“N + 1”的原则计算柴油发电机容量，则酒店应急电源仅需考虑1台2 250 kVA柴油发电机，而备用电源经计算需1台2 000 kVA柴油发电机，两相比较取最大值，选择1台2 250 kVA的柴油发电机满足需求，如表3所示。

办公 + 公寓则仅仅考虑应急电源的需求，只需要设置1台2 000 kVA的柴油发电机，如表4所示。

> > > >    优化前后对比

根据上文分析计算，若“稳定负荷”按全部应急负荷计算，本工程需要选择容量4 000 kVA + 3 850 kVA的柴油发电机，且均超过规范并列运行不应超过3 000 kW的要求，给机房布置及供电系统带来了很大的难度，也远远偏离了方案阶段设计的容量。

若按“N + 1”原则计算，本工程仅需要选择容量2 250 kVA + 2 000 kVA的柴油发电机各一台，相比按全部应急负荷考虑的方案，有以下优势：① 柴油发电机总容量减少3 600 kVA，仅两台大功率进口柴油发电机，市场价值达400万元；② 无需增加相应的配套设备及母线；③ 柴油发电机的机房面积不需要增大，节约150 m ² 的建筑空间，且在施工图后期，建筑专业很难增加如此大面积的房间；④ 无需增加相应的室外储油罐容量；⑤ 系统更简单，维护成本更低。