摘要：在超高层建筑中，经常出现用电故障而导致不能及时提供应急供电，所以，超高层建筑应选择柴油发电机为超高层建筑中的第二电源。在实际设计柴油发电机过程中，机房防火、机房通风以及机房容量选择等问题是重中之重，基于此，作者结合自身工作经验，对超高层建筑中柴油发电机设计进行分析，以供相关工作人员参考。
关键词：超高层建筑；柴油发电机；设计
引言
随着时代不断发展，我国超高层建筑数量逐渐增多，其建筑的正常用电和安全越来越受到人们的重视。为降低超高层建筑的电力安全事故发生几率，国家对于建筑内的供电系统设计提出严格的要求并制定了相应的设计规范，以此来保证用电的可靠性，同时，在超高层建筑中必须配置应急电源，以便于在发生电路故障时能不间断供电。
一、超高层建筑中柴油发电机组设计原则
在超高层建筑设计过程中，首先应明确柴油发电机组的设置背景，考虑供电负荷等级，从而对超高层建筑设计柴油发电机组。据《建筑设计防火规范GB50016-2014》第10.1.1条和《民用建筑电气设计规范-JGJ 16-2008》第3.2条相关关规定：高层建筑中的消防、应急、排烟等消防用电应按照一级负荷要求供电，一级负荷由两个电源供电，同时增设应急电源，以保证建筑供电的可靠性。因此，超高层建筑中柴油发电机组设计应遵循以下几点原则：
第一点，在市电网只能提供一路电源或设置自备电源，电力系统第二电源经济合理时，应将柴油发电机组作为备用电源。
第二点，在超高层建筑中，应重视电气安全理念，虽然市电网供电可靠，但为了保证超高层建筑的消防以及重要负荷用电安全，应设置柴油机发电组，以保证在市电网断电时，超高层建筑自身能进行临时供电。
第三点，在市电网为超高层建筑提供两路电源时，原则上可以不设置柴油发电机组，但如果超高层建筑中存在特别重要负荷，应按照相关规定，设置柴油发电机组作为应急电源[1]。
二、超高层建筑中柴油发电机组容量选择
（一）高层建筑用电负荷类别
在计算发电机容量前，为方便计算，应简单将建筑中的用电负荷进行分类：第一类，保障性负荷是指，去除保安性负荷以外的一级负荷和部分二级负荷，例如，商场照明、高级客房照明、部分电梯以及生活水泵等；第二类，保安性负荷是指，保证建筑和人身安全的负荷，主要包括消防水泵、消防负荷、消防电梯、应急设施照明以及排烟设施等；第三类，一般负荷是指，除保障性负荷和保安性负荷外的其它负荷。
（二）计算柴油发电机容量
在计算发电机容量时，相关工作人员应首先确定柴油发电机供电范围的一级负荷、二级负荷、特别重要负荷以及消防负荷的设备容量，在实际统计过程中，存在两种情况：第一种，在市电网满足一级、二级的负荷时，柴油发电机组只作为应急电源，此时，相关工作人员只需要统计特别重要负荷的设备容量；第二种，当市电网只能为建筑提供一路电源时，应将柴油机组作为备用电源和应急电源，此时，相关工作人员应将一级负荷、二级负荷以及消防负荷分别进行统计。但实际工作过程中，由于消防设备与非消防设备不会同时运行，所以，应选择较大的作为发电机组设备容量。
（三）确定柴油发电机容量
在确定柴油发电机容量，统计总设备的容量时，还应充分考虑柴油发电机的起动容量。由于柴油发电机的机组容量确定与发电机的最大起动容量、调速性能、技术性能、起动负荷大小、调压方式以及功率因数等因素具有因果关系，因此，可选择以下几种方式计算发电机组的容量：
第一种，按照稳定负荷计算发电机的容量Sc1=α（P∑/η∑cosΦ），利用总负荷、总负荷计算效率、负荷率以及发电机的额定功率因数进行计算，通常情况下，总负荷计算效率在0.80-0.85之间取值，负荷率在0.8-1.0之间取值，而发电机的额定功率为0.80。
第二种，按最大的成组电动机起动需求，计算发电机总容量Sc2={（P∑-Pm）/η∑+PmKC cosΦm}/ cosΦ,利用电动机的起动功率因数、起动容量最大的成组电动机容量、电动机起动系数以及电动机起动倍数进行计算，通常情况下，电动机起动因数功率为0.4，电动机在全压启动时系数为1.0，在启动时系数为0.67。
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第三种，按起动电机时母线的允许电压计算发电机容量Sc3=PmKCX〃d(1/△E-1)，利用电动机的总容量、应急负荷中心母线允许的瞬时电压降以及发电机的暂态电抗进行计算，通常情况下，应急负荷中心母线允许的瞬时电压降取值范围在0.25-0.3之间，但在有电梯时取0.2，而发电机的暂态电抗一般为0.25。
三、超高层建筑中的柴油发电机机组形式选择
（一）冷却方式
在柴油发电机运行过程中，为保证柴油机各部件和增压器外壳不受柴油燃烧产生的热量影响，应对柴油机的受热部分采取冷却措施，同时保证各工作面的润滑情况良好。在实际冷却时，柴油机冷却不良会导致机件温度过高，从而引发柴油发电机出现故障，但也不能使机件温度过低，所以，应采用将受热机件的热量传递的方式保证机件工作时温度正常，因此，选用可选用风冷或水冷方式进行传递热量。风冷是指风冷却气缸，利用开式循环冷却机组进行冷却；而水冷是指水冷却气缸，利用封闭式自循环水冷机组进行冷却，其机组具体包括柴油机水冷箱、水泵以及散热水箱组成，三者进行连接，利用循环水散发热量，由于其机组所占空间较小，所以通常情况下，建筑多选用水冷方式进行冷却。
（二）启动方式
柴油机的起动，需要依靠外力驱动曲轴旋转，利用曲轴旋转的转速将气缸内的空气压缩到一定温度和压力，使其燃烧气缸内的燃油，以此起动柴油机。当前，柴油机的起动方式主要有三种：第一种是电动起动，利用电动机的动力对曲轴进行驱动，从而起动柴油机，并且电动起动需要以电压为24V的蓄电池为基础；第二种是压缩空气起动，将压缩的空气导入气缸内，利用压力驱使曲轴旋转，起动柴油机；第三种为手摇起动，利用柴油机现有的手摇装置起动柴油机。在高层建筑中，一旦发生断电情况，要求发电机必须在十五秒内进行供电，因此，应选择自启动装置的柴油发电机组，同时，避免选用压缩空气式起动[2]。
（三）励磁系统
励磁系统是柴油发电机的重要组成部分，其主要作用是将电压维持在一定的范围内，同时增加输送距离与输送功率，以此提升发电系统的动态稳定性。当前，我国励磁装置种类较多，但超高层建筑中通常选用无刷性自动励磁装置，该装置在与电压自动调整装置配套使用时，可将静电压调整率保证在一定范围内，从而实现对柴油发电机组的遥控或柴油发电机组自动化，提升工作效率。
四、超高层建筑中柴油发电机房设计
（一）通风
在对超高层建筑的柴油发电机房进行设计时，通风是最关键问题之一，尤其是当机房处于地下室时，应特别进行处理，防止因通风问题而影响发电机正常工作。当前，发电机房通风一般选用设置排风管道的方式进行排风，而进风方式为自然进风，并且，设计人员应特别注意排风口与进风口对机房温度的影响，从而降低通风口对机房温度的影响，保证发电机正常运行。
（二）排烟
机房排烟是指将发电机气缸产生的废气排出机房，因此，应尽量减少背压，以防止废气增加发电机温度。通常情况下，排烟管的铺设方式有两种，一种是水平架空敷设，其优点是阻力较小、转弯情况少，但会散发一定热量，增加室内的温度；另一种是地沟内敷设，其优点是散发热量较少，但缺点是转弯情况多，受到的阻力较大。在高层建筑中，一般选用水平架空敷设方法，将排烟管单独引出，并尽量减少弯头，以保证排烟效率[3]。
结论：综上所述，超高层建筑柴油发电机设计过程中，在保证柴油发电机具有可靠性和安全性的同时，还应结合超高层建筑自身的特点，考虑其功能性和灵活性，以保证建筑正常运行。但在实际设计过程中，还存在一些不足之处，因此，相关设计人员要不断创新研究，提升超高层建筑的供电系统，以促进建筑业快速发展。
参考文献：
[1] 钱梓楠,罗武,廖述龙.超高层建筑柴油发电机组电压选择分析[J].现代建筑电气,2015,610:11-16.
[2] 戴瑜兴.高层建筑电气设计中柴油发电机组容量的计算[N].湖南师范大学自然科学学报,2016,01:27-30.
[3] 路清淇.超高层建筑柴油发电机组系统电气设计[J].现代建筑电气,2016,312:47-50.
[4] 中华人民共和国建设部．民用建筑电气设计规范( JGJ 16-2008)［S］．北京: 中国建筑工业出版社，2008．
[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部．建筑设计防火规范(GB50016-2014)［S］．北京: 中国计划出版社，2014．
[6] 中国航空规划设计研究总院有限公司．工业与民用供配电设计手册( 4版) ［M］． 北京: 中国电力出版社，2016．
论文作者:张文华
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/18
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