一级用电负荷下柴油发电机组的选择原则
摘要：在大、中型商业建筑中，对于不能由城市电网取得备用电源的一、二级和消防负荷，应急柴油发电机以其启动迅速、启动完成后供电可靠性高，特别是供电容量大和持续供电时间长等优点作为应急电源或备用电源得到了广泛的应用。在电力系统中，一级负荷对供电连续性要求极高，就此康明斯公司在本文中对柴发选择的原则进行阐述，结合柴油发电机组可靠性、容量匹配、快速响应等多方面因素，并补充实际应用中的关键细节。
一、柴发选型原则
1、可靠性优先
（1）品牌与认证：选择通过国际认证（如ISO 8528、UL2200）的知名品牌，确保柴油发电机组在极端环境（高温、低温）下的启动成功率。
（2）冗余设计：采用双柴油发电机组并联或N+1配置，避免单点故障；部分场景可配置飞轮储能或UPS作为过渡电源。
（3）历史数据参考：考察柴油发电机组的平均故障间隔时间（MTBF），优先选用经过长期验证的成熟机型。
2、容量精确匹配
（1）负荷计算：包括所有一级负荷的峰值功率，并计入电动机启动时的瞬时电流（通常为额定电流的5-7倍），可采用软启动器或变频器降低冲击。
（2）未来扩展：预留15%-25%的冗余容量，同时考虑功率因数校正（如柴发输出kVA与负载kW的匹配）。
（3）分段加载：对敏感设备设计分级启动策略，避免同时加载导致柴发过载。
3、快速启动与无缝切换
（1）启动时间：冷启动时间≤15秒，热启动≤10秒，配合ATS（自动转换开关）确保切换时间≤30秒（如数据中心要求切换时间<10秒）。
（2）加载能力：60秒内加载至满负荷，需验证突加负载时的频率和电压波动范围（如±5%以内）。
4、燃料与供应的可持续性
（1）储存周期：至少满足72小时满负荷运行，特殊场景（如灾害多发区）延长至96小时以上。
（2）燃料管理：定期检测柴油质量（防污染、防冷凝），建议每6个月更换一次储油；签订紧急供应协议，确保外部补给渠道畅通。
（3）安全设计：储油罐需符合防火防爆标准，地下储油需防渗漏。
5、环保与适应性设计
（1）排放控制：符合EPA Tier 4或欧V标准，加装DPF（颗粒物过滤器）和SCR（选择性催化还原）系统。
（2）噪音治理：采用隔音机房、消声器、减震底座，确保距柴油发电机组1米处噪音≤75 dB(A)。
（3）散热与通风：机房设计需满足散热需求，避免高温降容；水冷柴油发电机组需考虑冷却水供应。
6、全生命周期管理
（1）智能监控：配备远程监控系统，实时跟踪柴油发电机组状态（油压、水温、电池电压等），支持故障预警。
（2）带载测试：每月至少一次带载（30%以上）运行，每年一次满载测试，验证实际性能。
（3）备件策略：储备关键易损件（如滤清器、启动电池），与供应商签订快速响应协议。
7、特殊场景考量
（1）并网能力：若需与市电/新能源系统并联，柴油发电机组需具备同步功能和逆功率保护。
（2）安装环境：机房防火等级≥2小时，防洪设计高于历史最高水位，预留维护空间（柴油发电机组四周≥1米通道）。
（3）法规合规：符合本地电气规范（如NFPA 110）、环保法规及消防要求。
KTA50系列康明斯柴油发电机组选型和安装示例（1120KW）
二、柴发配置要求和容量确定
1、须配置柴发的场所
当有以下情况时可考虑设置自备应急柴油发电机组：
（1）为保证一级负荷中特别重要的负荷用电时；
（2）用电负荷为一级负荷，但从市电取得第二电源有困难或技术经济不合理时；
（3）大、中型商业大厦及建筑高度超过100m的公共建筑，当市电中断，将会危及人的生命安全或造成重大财产和经济损失时。
（4）对于部分取得备用电源困难的二级负荷也可作相应设置。
3、多台柴发选择要点
柴油发电机的台数不宜过多，当小于1340kW时宜选择单机，大于1340kW宜选两台发电机组。
（1）多台发电机组时，选择型号、规格和特性相同的发电机组和配套设备，便于运行并车。
（2）宜选用高速柴油发电机组和无刷励磁交流同步发电机，配自动电压调整装置。
（3）发电机组装设快速自启动装置和电源自动切换装置，此种发电机组具有体积小、重量轻、启动运行可靠等优点。
2、设备容量确定
可按下列方法计算的最大容量确定发电机组容量：
（1）按稳定负荷计算发电机容量；
（2）按最大的单台发电机或成组发电机启动的需要，计算发电机容量；
（3）按启动发电机时，发电机母线允许电压降计算发电机容量。
建筑物内电动机功率越大自备发电机组的容量选择也越大，否则会造成电动机起动困难，发电机绕组温升过高或发电机母线电压过低使其保护开关动作。因此除了一二类负荷的容量外，还应按电动机的容量来检验自备发电机容量。
4、设备容量估算法
（1）柴油发电机组容量可按配电变压器总容量的10％～20％进行估算。
（2）根据建筑单位指标法估算的结果得出，初步设计阶段当它专业能提供动力设备的容量时，可将其它用电设备专业提供的容量与预估的照明等分散负荷容量相加。
（3）发电机组容量与台数应根据应急负荷大小和投入顺序，以及单台发电机最大启动容量等因素综合确定。
（4）当应急负荷较大时，可采用多机并列运行，发电机组台数宜为2～4台。当受并列条件限制，可实施分区供电。
（5）当用电负荷谐波较大时，应考虑其对柴油发电机的影响。
三、柴发选择方法
1、柴发的类型选择
（1）冷却方式：柴油发电机的排风井及送风井要按尽量小的面积考虑，故适宜采用闭式水循环风冷的整体发电机组。
冷却方式柴油发电机组在运行中由于柴油的燃烧产生高温，为保证柴油发电机受热机件及增压器外壳等部分不受高温的影响，并保证各工作面的润滑，就要在受热部分进行冷却。冷却系统的功用是从各受热机件传走部分热量，使机件保持正常的工作温度。柴油发电机的冷却方式有水冷和风冷两种。在高层建筑中，常选择闭式水循环，此种发电机组所占面积和空间较小。闭式水冷方式中一种为封闭式自循环水冷却发电机组，它是由散热水箱、水泵、柴油发电机体的水冷腔，再返回到散热水箱，而散热水箱是利用发电机组上的风扇进行冷却的，另一种为开式循环冷却发电机组。柴油发电机冷却不良、机件温度过高时，将会引起不少的故障，但也不能过度冷却，机件温度太低也会造成运行不良。
（2）环保节能：选用无刷型自动励磁方式，并选择耗油量少、效率高的发电机。
2、柴发启动和控制措施
（1）发电机组应装快速自动启动及电源自动切换装置，并应具有连续三次自启动的功能。当连续三次自启动失败，应能发出报警信号。
（2）不宜采用压缩空气启动，一般采用24V蓄电池组作为启动电源。
（3）发电机组应与市电连锁，在没有进行专业设计情况下，不得与其并列运行。
（4）当市电恢复时，发电机组应自动退出工作，并延时停机。
（5）消防用电设备的柴油发电机应错峰启动，避免同时启动而造成柴发熄火停机。
3、接地和配电线缆选择
（1）接地类型：
① 工作接地：发电机中性点接地；
② 保护接地：电气设备正常不带电的金属外壳接地；
③ 防静电接地：燃油系统的设备及管道接地。
各种接地可与高层建筑的其它接地共用接地装置，即采用联合接地方式。接地电阻不大于1Ω。通常建议发电机中性点应直接接地，发电机组的接地型式宜与低压配电系统接地型式一致。
（2）电缆要求
① 如果柴油发电机额定电流较大，超过1600A情况下，柴油发电机出线应采用封闭式母线槽，穿越人防结构处改为防护密闭母线。
② 发电机组的控制线路、测量线路、励磁线路选择铜芯控制电缆或铜芯电线。
4、启动方式
（1）应选择自启动装置的发电机组，发电机组应处于常备启动状态。一类高层建筑及火灾自动报警系统保护对象分级为一级建筑物的发电机组，设自动启动装置。
（2）为了避免防灾用电设备的电动机同时启动而造成柴油发电机组熄火停机，用电设备应具有不同延时，错开启动时间。重要性相同时，宜先启动容量大的负荷。
（3）自启动发电机组的操作电源、发电机组预热系统、燃料油、润滑油、冷却水以及室内环境温度等均应保证发电机组随时启动。水源及能源必须具有独立性，不受市电停电的影响。
（4）自备应急柴油发电机组自启动宜采用电启动方式，电启动用蓄电池组电压宜为12V或24V；蓄电池组宜靠近启动电机设置，并应防止油、水浸入；应设置整流充电设备。
总结：
综上所述，一级负荷的柴发选择需以可靠性为核心，兼顾精准容量计算、快速响应、环保合规及全周期管理，同时结合具体场景需求（如并网能力、安装环境）进行定制化设计。通过严格的测试与维护，确保在紧急情况下发挥关键作用。以数据中心为例，可采用多台柴发并联方案，配合储能系统实现无缝切换，定期模拟断电测试，确保全年可用性≥99.99%。因此，只有理解了柴油发电机房布置规范，掌握了设计方法，结合实际情况来考虑，才能达到最理想的柴油发电机设计效果。
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