二级医院柴油发电机组容量与台数的选择

王晓雪

【摘 要】柴油发电机组容量与台数的选择是建筑电气设计的一个重要组成部分，牵涉到暖通、给排水等相关专业，关系到整个系统是否安全合理的运行。本文在二级医院柴油发电机组容量与台数的选择的计算上作了理论分析，并结合工程实例进行计算与比较，供工程设计人员借鉴和参考。

【关键词】应急电源；事故停电；稳定负荷；尖峰负荷；允许压降；主用功率

Selection of capacity and unit count of self-contained emergency diesel generating set in the level 2 medical building engineering

WANG Xiao-xue

（Tongji Architectural Design （Group） Co.，LTD，Shanghai 200092， China）

【Abstract】Selection of capacity and unit count of self-contained emergency diesel generating set plays an important role in building electrical design， which involves heating， water supply， drainage and other related profession. It is related to the whole system operation whether is safe and reasonable. Selection of capacity and unit count of self-contained emergency diesel generating set in the level 2 medical building engineering is analyzed， calculated and compared with examples in this article， for engineering design reference.

【Key words】Electric source for safety services；Forced outage；Stable load；Peak load； Allowable voltage drop； Primary power

1 简介

1.1 应急电源的概念

应急电源[1]是用作应急供电系统组成部分的电源，且与电网在电气上独立的各式电源。在一级负荷中，当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发电中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为一级负荷中特别重要的负荷。一级负荷中特别重要的负荷的供电除由双重电源供电外，尚需增加应急电源。由于在实际中很难得到两个真正独立的电源，电网的各种故障都可能引起全部电源进线同时失去电源，造成停电事故。对特别重要负荷要由与电网不并列的、独立的应急电源供电。工程设计中，对于其他专业提出的特别重要负荷，应仔细研究，凡能采取非电气保安措施者，应尽可能减少特别重要负荷的负荷量。

1.2 应急电源的分类[2]

应急电源应根据其容量、供电时间等因素选择相应的形式，并可采用独立于正常电源的柴油发电机组、供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路、蓄电池、干电池等。本文将针对二级医院柴油发电机组容量与台数的选择进行论证。

1.3 应急电源应根据允许中断供电的时间选择，并应符合下列规定：

按照JGJ312-2013《医疗建筑电气设计规范》[3]第4.4.6条、4.4.7条：

1.3.1 要求中断供电时间小于或等于0.5s的一级负荷中特别重要的负荷，应设不间断电源装置（UPS），且宜为在线式。TN-S系统中的不间断电源装置（UPS）输出端为三相时，应加装三相隔离变压器并做重复接地。

1.3.2 应急电源为柴油发电机组时，不间断电源装置（UPS）应急供电时间不应小于15min。

1.4 柴油发电机组的选择应符合下列规定：

按照JGJ312-2013《医疗建筑电气设计规范》第4.4.5条：

1.4.1 对于柴油发电机组的供油时间，三级医院应大于24h，二级医院宜大于12h，二级以下医院宜大于3h。

1.4.2 柴油发电机组应配有电压自动调整装置、快速自启动装置及电源自动切换装置，当正常供电电源中断供电时，应能自动启动，并应在15s内向规定的用电负载供电；当正常供电电源恢复供电后，应延时切换并停机。

1.5 柴油发电机的自动化应符合下列规定：

按照JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》[4]第6.1.10条：

1.5.1 机组与电力系统电源不应并网运行，并应设置可靠连锁。

1.5.2 选择自启动机组应符合下列要求：

1）当市电中断供电时，单台机组应能自动启动，并应在30s内向负荷供电；

2）当市电恢复供电后，应自切换并延时停机；

3）当连续三次自启动失败，应发出报警信号；

4）应自动控制负荷的投入和切除；

5）应自动控制附属设备及自动转换冷却方式和通风方式。

1.5.3 机组并列运行时，宜采用手动准同期。当两台自启动机组需并车时，应采用自动同期，并应在机组间同期后再向负荷供电。

1.6 储油设施的设置应符合下列规定：

按照JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》第6.1.11条：

1.6.1 机房内应设置储油间，其总储存量不应超过8h的燃油量，并应采取相应的防火措施。

2 医疗建筑事故停电的损失或危害

在一级负荷中，当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发电中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为一级负荷中特别重要的负荷。

按照JGJ312-2013《医疗建筑电气设计规范》表4.2.1可知二级医院的急诊抢救室、血液病房的净化室、产房、烧伤病房、重症监护室、早产儿室、血液透析室、手术室、术前准备室、术后复苏室、麻醉室、心血管造影检查室等场所中涉及患者生命安全的设备及其照明用电；大型生化仪器、重症呼吸道感染区的通风系统等负荷等级定义为一级负荷中特别重要负荷。其中，涉及患者生命安全的设备：如无影灯、呼吸机、心电监护仪。

事故一旦发生能够及时处理，防止事故扩大，保证工作人员的抢救和撤离，而必须保证的用电负荷，亦为特别重要负荷。事故停电所带来的损失或危害难以估量。因此，在工程设计时，应急电源系统的设计成为工程设计的关键环节之一。

3 柴油发电机组容量的计算表达式

3.1 机组容量与台数应根据应急负荷大小和投入顺序以及单台电动机最大启动容量等因素综合确定。当应急负荷较大时，可采用多机并列运行，机组台数宜为2～4台。当受并列条件限制，可实施分区供电。当用电负荷谐波较大时，应考虑其对发电机的影响。

3.2 在方案或初步设计阶段，按下述方法估算并选择其中容量最大者[2]：

3.2.1 按建筑面积估算。建筑面在10000m2以上的大型建筑按15～20W/m2，建筑面在10000m2及以下的中小型建筑按10～15W/m2.

3.2.2 按配电变压器容量估算。占配电变压器容量的10%～20%。

3.2.3 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柴油发电机组功率。若电动机降压起动或软起动，由于起动电流减小，柴油发电机容量也按相应比例减小。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。

3.3 在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者：

3.3.1 按稳定负荷计算发电机容量

3.3.2 按尖峰负荷计算发电机容量

3.3.3 按发电机母线允许压降计算发电机容量

3.4 柴油发电机的主用功率

3.4.1 柴油发电机的额定功率[2]系指外界大气压力为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，则应按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功率进行修改。

柴油发电机的额定功率，又称主用功率、连续功率或长行功率。 柴油发电机在我们国内是用主用功率即连续功率来标称的，发电机组能够在24小时之内连续使用的功率我们称之为连续功率，而在某一时段内，标准是每12个小时之内有1个小时可在连续功率的基础上超载10%，此时的机组功率就是我们平时所说的最大功率，即备用功率，也就是说，如果您购买的是主用500kW的机组，那么您12个小时之内有1个小时可以运行到550kW，如果您购买的是备用500kW的机组，假如您不超载平时都开在500kW，其实该机组一直都开在超载状态（因为该机组实际额定功率只有450kW），这对机组是非常不利的，将会缩短机组的寿命和造成故障率增高。

3.5 柴油发电机的综合效率

3.5.1 柴油发电机的综合效率是指发电机组通过内燃机将柴油燃烧所产生的热能转化为动能，再通过电球（康明斯、斯坦福等）将动能转化为电能的过程中能源的转化效率。

内燃机发电机一般是30～80%满载运行，是指运行在额定功率下。发电机的额定功率的定义就是指能长时间运行的功率。因此，可以长期满载运行。不过也要注意使用条件，比如说，环境温度过高的话，发电机长期额定运行可能导致温升过高。必要时应增加温度监视和报警装置。

3.6 全压起动大容量笼型电动机时，母线电压不应低于额定电压的75%（无电梯负荷时）或80%（有电梯负荷时）。电动机全压起动允许容量取决于发电机的容量和励磁方式；宜选用高速柴油发电机组和无刷型自动励磁装置。

3.7 多台机组时，应选择型号、规格和特性相同的机组和配套设备。

4 计算实例

某工程为二级医院，根据规范及甲方要求，2路市电断电后，需由柴油发电机组供电的用电负荷统计如下表1：

已知：上述负荷中最大电动机为55KW/台，启动电流倍数为7，电动机的功率因数为0.8，电动机效率为0.92，启动时的功率因数为0.5，直接但不同时启动。

4.1 确定计算数据

根据GB50052-2009《供配电系统设计规范》第3.0.5.1条：允许中断供电时间为15s以上的供电，可选用快速自启动的发电机组。已知条件中的洁净手术区用电、普通手术区用电要求自恢复供电时间为0.5s，则应设不间断电源装置（UPS），且宜为在线式，15min，过渡转换期内由不间断电源装置供电。应急照明的自恢复供电时间为5s，则应设应急电源装置（EPS），30min，过渡转换期内由应急电源装置供电。在柴油发电机稳定运行后洁净手术区用电、普通手术区用电、应急照明转切换至柴油发电机供电，表格中的其余负荷可直接由市电切换至柴油发电机供电。

工程应用中一般不考虑平时用电与消防时用电同时使用的情况，柴油发电机容量按两者的最大值选取。故本工程案例实际计算有功功率为375kW。

4.1.1 若发电机功率因数0.8，综合效率为0.82，按稳定负荷计算，发电机的容量为：

4.1.2 当采用柴油发电机作为应急电源，最大一台电动机启动前，发电机已经带有负载400KVA，功率因为为0.8，不考虑因尖峰负荷造成的设备功率下降，发电机的短时过载系数为1.5，按短时过负载能力校验，发电机的容量为：

根据《钢铁企业电力设计手册》（上册）[5]第7.9.2.2条：大容量负荷起动或自起动时应符合发电机过负荷能力。发电机组起动后，大容量电动机投入之前，有些负荷已经投运，要综合考虑大容量电动机负荷起动时发电机的过负荷情况。

4.1.4 按上述三种方法计算并选择其中容量最大者，为SG2=594.89KVA（PG2=475.91kW）。

按稳定负荷计算的发电机视在功率就如同变压器的计算视在功率，只能满足在额定负载及以下长期运行时适用，如用电单位在现有安装容量下，需用系数较计算用系数大，并长期运行，则按计算负荷大小所选用的发电机就不适用。一台发电机，功率增大一级所付出的代价是第一次投资成本提高，而其优点是：便于用电单位将新增一、二级负荷设备接入，避免因选用发电机组容量不够而需更新设备。

选择发电机容量时，应多方面考虑用电单位将来有可能接入的用电，尤其是供电条件差的地区。

综合上述分析，针对本二级医院工程案例，对于柴油发电机组的供油时间，二级医院宜大于12h，可按柴油发电机的100%额定功率选择，故建议选用1台康明斯C690 D5型柴油发电机，其主用功率为500kW，4KV/50HZ，1500rpm。

4.2 总结

综合上述三种方法的计算分析及比较，可最终求得柴油发电机组容量及台数的设计依据。

以本二级医院工程为例，柴油发电机房设计时，在变配电所贴临处设置一座发电机房，拟设1台500kW（主用功率） ，4KV/50HZ，1500rpm发电机组。发电机组采用自起动方式，发电机起动后在15秒内供电。发电机组设有短路、过负荷、接地、故障及过、欠电压保护。发电机房设日用油箱间，总储存量不应超过8小时的燃油量。建筑物主体外设置供油时间大于12小时的地下储油罐。

5 结束语

柴油发电机组容量与台数的选择是建筑电气设计的一个重要组成部分，牵涉到暖通、给排水等相关专业，关系到整个系统是否安全合理的运行。事故停电所带来的损失或危害难以估量。因此，在工程设计时，应急电源系统的设计成为工程设计的关键环节之一。

柴油发电机组容量与台数应根据应急负荷大小和投入顺序以及单台电动机最大启动容量等因素综合确定。笔者建议电气设计人员在设计过程中能结合柴油发电机组产品性能指标，仔细计算和校验，保证安全供电，减少损失，维护建筑电气生产安全。

【参考文献】

[1]中国机械工业联合会.GB50052-2009供配电系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

[2]任元会，卞铠生，等.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社，2005.

[3]中国建筑设计研究院等.JGJ312-2013医疗建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[4]中国建筑东北设计研究院等.JGJ16-2008民用建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[5]陈延镖，陆乃城，王敏杰，等.钢铁企业电力设计手册（上册）[M].北京：冶金工业出版社，2012.

[责任编辑：朱丽娜]