引言
大家知道，民用建筑中備用
柴油發(fā)電機容量首先應滿足穩(wěn)定計算負荷需要，并經(jīng)母線上允許電壓降校驗通過。而傳統(tǒng)技術(shù)視角大多僅關(guān)注額定容量最大的電動機對于柴油發(fā)電機容量校驗之影響。實際上，除了電動機額定容量外，電動機啟動方式、配線距離及截面、發(fā)電機自身特性、母線上已接負荷等，都跟發(fā)電機容量的確定產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。
本文將綜合考量上述諸多影響要素，提出并推導若干實用校驗公式，力求科學、直觀、快捷地確定發(fā)電機容量。
1發(fā)電機穩(wěn)定計算負荷
發(fā)電機容量應滿足穩(wěn)定計算負荷需要。通常認為發(fā)電機容量包括消防負荷和保障負荷兩部分，并以二者計算負荷的較大值作為發(fā)電機容量的初選值。為簡化起見，此后表述僅以消防負荷為例。
大中型民用建筑，往往由地下室、裙房及數(shù)個塔樓組成，包含有多個防火分區(qū)。在計算消防負荷以確定發(fā)電機容量時，不能盲目地將全樓所有消防用電設(shè)備一股腦同時計入。一般僅需考慮一個著火點（即某一個防火分區(qū)內(nèi)）發(fā)生火災。此時，消防泵作為固定用電負荷必須計入，而消防電梯、防排煙風機和應急照明等是否計入及計入多少，則要視該防火分區(qū)內(nèi)發(fā)生火災時，相應消防用電設(shè)備是否投運及投運多少而確定（但宜計入一個可靠系數(shù)）。
顯然，確定發(fā)電機容量初選值時，應以全樓投運消防負荷最大的一個防火分區(qū)發(fā)生火災所同時投運的消防負荷為準。此時有：
Prg=K·Kc·Pe
=1.2×1.0×Pe
=1.2Pe（1）
式中：Prg——發(fā)電機額定功率，kW，此時尚為初選值；
Pe——該工程投運消防負荷最大的一個防火分區(qū)發(fā)生火災時，所同時投運的消防用電設(shè)備的設(shè)備總功率，kW；
Kc——消防設(shè)備需要系數(shù)，取為1.0；
K——可靠系數(shù)，取為1.2。
2允許電壓降校驗
發(fā)電機容量初選后，應進行允許電壓降校驗。如容量選擇不當，或造成投資浪費；亦或造成未來運行中的電動機啟動失敗及發(fā)電機熄火。所謂允許電壓降校驗，就是要求任何電動機啟動時，其端子允許電壓降都應在規(guī)定范圍之內(nèi)。本文取最大允許電壓降為20%。
2.1發(fā)電機容量校驗時容易忽視的幾個影響因素
2.1.1發(fā)電機母線上已接負荷的影響
發(fā)電機母線上的啟動負荷容量應等于已接負荷無功功率與電動機啟動回路額定輸入容量之和。若忽視已接負荷影響，將導致容量選擇出現(xiàn)偏差。
2.1.2電動機至發(fā)電機之間的配電線路電壓降的影響
發(fā)電機端電壓等于電動機端電壓與相應配電線路電壓降之和。因此，電動機至發(fā)電機配電線路之長短、類型、線徑，顯然都與發(fā)電機端電壓相關(guān)聯(lián)。
2.1.3電動機啟動順序的影響
理論上，電動機啟動順序?qū)τ诎l(fā)電機容量大小肯定形成影響，而一些觀點就此認為，為了節(jié)省造價、減小發(fā)電機容量，各電動機應按其容量大小而順序啟動。但這只能是一廂情愿式的“理想化”假設(shè)。因為工程實踐中，消防負荷電動機若要求順序啟動，將與一些消防自動控制要求相矛盾。因此，現(xiàn)實中一般不考慮電動機啟動順序?qū)τ诎l(fā)電機容量選擇的影響。
2.1.4發(fā)電機自身特性的影響
發(fā)電機不同的勵磁方式、技術(shù)性能等，對其自身容量校驗和選擇都有直接影響。而隨著
發(fā)電機組自動勵磁電流倍數(shù)不同，針對電動機不同的輸入啟動容量，發(fā)電機母線上將呈現(xiàn)不同的電壓穩(wěn)態(tài)值。本文認定發(fā)電機為目前使用已十分廣泛的帶有自動勵磁裝置的機組，發(fā)電機母線最低允許穩(wěn)態(tài)電壓為0.75倍額定值。
2.2“完全版”發(fā)電機容量校驗公式推導
考慮前述諸多影響要素后，現(xiàn)提出并推導一種用于發(fā)電機容量校驗的“完全版”公式。
假定在發(fā)電機G的母線上已接有用電負荷，現(xiàn)有一臺接入母線的電動機M欲啟動。試校驗由公式（1）初選的發(fā)電機的容量是否可行。發(fā)電機容量校驗計算電路示意圖如下：
圖1發(fā)電機容量校驗計算電路示意圖
2.2.1發(fā)電機母線上啟動負荷容量Sqg
發(fā)電機母線上啟動負荷容量Sqg等于發(fā)電機母線上已接負荷無功功率Qfh與反映在發(fā)電機母線上的電動機啟動回路額定輸入容量Sq之和，即：
Sqg=Qfh+Sq（2）
式中：Sqg——發(fā)電機母線上啟動負荷容量，kVA，此時為待求量；
Qfh——電動機啟動時，發(fā)電機母線上已接負荷的無功功率，kVar，為中間量；
Sq——反映在發(fā)電機母線上的電動機啟動時啟動回路額定輸入容量，kVA，為中
間量。
公式（2）應滿足一切啟動狀況，所以亦須滿足極端情況（即除待啟電動機外，認為其它全部負荷已作為“已接負荷”投運），則有：
Pfh+Prm=Pe
Pfh=Pe－Prm
取負荷功率因數(shù)為0.8，從而：
Qfh=0.75Pfh
=0.75(Pe－Prm)
Sq=1/[1/(Kp·Sqm)+XL/Urg2]
Sqm=C·Srm=C·Prm/0.8
XL=(0.07+6.3/S)×L/1000
式中：Pfh——電動機啟動時，發(fā)電機母線上已接負荷的有功功率，kW；
Prm——待啟電動機額定功率，kW，為已知量；
Sqm——電動機端子處額定啟動容量，kVA，為中間量；
Kp——待啟電動機的啟動系數(shù)（不是指“啟動倍數(shù)”），為已知量。其中，全壓啟動：Kp＝1.0；自耦降壓啟動（65%抽頭）：Kp＝0.4225；星三角降壓啟動：Kp＝1/3；
Srm——待啟電動機額定容量，kVA，取Srm=Prm/0.8，為中間量；
XL——待啟電動機至發(fā)電機配線（銅芯）線路之阻抗，kΩ，為中間量；
Urg——發(fā)電機的額定電壓，kV。取Urg=0.4kV，為默認量；
C——待啟電動機全壓啟動之電流倍數(shù)。取C=7，為默認量。
L——待啟電動機至發(fā)電機配線（銅芯）線路之長度，km，為已知量；
S——待啟電動機至發(fā)電機配線（銅芯）線路之導線截面，mm2，為已知量。
2.2.2發(fā)電機端電壓相對值uwg
電動機端電壓相對值uwm與發(fā)電機端電壓相對值uwg的關(guān)系：
uwg=kp·Sqm·uwm/Sq（3）
式中：uwg——電動機啟動時，發(fā)電機母線上所呈現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)電壓相對值。此時為待求量；
uwm——電動機啟動時，電動機端子上所要求的穩(wěn)態(tài)電壓相對值。取uwm=0.8，為默認量。
2.2.3發(fā)電機額定功率Prg
目前民用建筑中，已大多使用帶自動勵磁裝置的發(fā)電機組，其勵磁電流倍數(shù)可取為1。此時，對應于不同啟動負荷的相對值（Sqg/Srg），發(fā)電機母線上穩(wěn)態(tài)電壓相對值（uwg）滿足表1：
表1不同啟動負荷相對值時發(fā)電機母線上穩(wěn)態(tài)電壓相對值
Sqg/Srg 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0
uwg 1.00 0.95 0.85 0.75 0.60
根據(jù)表1數(shù)據(jù)，以最小二乘法擬合單調(diào)二次曲線：以uwg為自變量，以Sqg/Srg為因變量，則當uwg取值在0.75~0.95（此為合理區(qū)間）之間時，存在擬合表達式：
Sqg/Srg=5uwg2－11uwg+6.9375
亦即：Srg=Sqg/(5uwg2－11uwg+6.9375)
故有：Prg=0.8Srg
=0.8Sqg/(5uwg2－11uwg+6.9375)（4）
式中：Srg——發(fā)電機額定容量，kVA，為中間量；
Prg——發(fā)電機額定功率，kW，為待求量。
此即發(fā)電機容量校驗的“完全版”公式。
公式（4）和公式（1）比較，取其大者作為發(fā)電機的實際選擇容量。
2.3“簡化版”發(fā)電機容量校驗公式推導
在“簡化版”公式推導中，是指忽略電動機至發(fā)電機配電線路電壓降之影響，即XL=0，則有uwg=uwm=0.8；另外，由前所述：
Sq=Kp(C·Srm)
=Kp·C·Prm/0.8
=8.75Kp·Prm
而：
Qfh=0.75(Pe－Prm)
所以：
Sqg=Qfh+Sq
=0.75(Pe－Prm)+8.75Kp·Prm
=0.75Pe+(8.75Kp－0.75)Prm
于是：
Srg=Sqg/(5uwg2－11uwg+6.9375)
=Sqg/(5×0.82－11×0.8+6.9375)
=Sqg/1.3375
故有：
Prg=0.8Srg
=0.8Sqg/1.3375
=0.8[0.75Pe+(8.75Kp－0.75)Prm]/1.3375
=0.45Pe+(5.23Kp－0.45)Prm（5）
公式（5）有幾種展開情形：
a.對于全壓啟動，Kp=1，Prg=0.45Pe+4.78Prm；
b.對于自耦降壓啟動（65%抽頭），Kp=0.4225，Prg=0.45Pe+1.76Prm；
c.對于星三角降壓啟動，Kp=1/3，Prg=0.45Pe+1.29Prm。
將公式（1）中的Prg=1.2Pe與上述a~c條相結(jié)合，通過相關(guān)數(shù)學運算，可得出如下重要推論。
2.3.1推論一
符合下列三項條件之一時，所確定的發(fā)電機組功率為最小，且僅取決于穩(wěn)定計算負荷之大小（即Prg=1.2Pe）。此時無須再具體計算啟動負荷對于發(fā)電機的沖擊影響，即已自然滿足允許電壓降校驗：
a.當投運消防負荷最大的防火分區(qū)消防用電設(shè)備總安裝功率（Pe）不小于單臺待啟電動機功率（Prm）的6.37倍，即Pe≥6.37Prm時，該臺電動機啟動方式不受限制（即采用全壓或降壓啟動均可）。
b.當6.37Prm＞Pe≥2.35Prm時，該臺電動機應采用降壓啟動（自耦降壓啟動（65%抽頭）或星三角降壓啟動）。
c.當2.35Prm＞Pe≥1.72Prm時，該臺電動機只應采用星三角降壓啟動。
2.3.2推論二
當1.72Prm＞Pe＞Prm時，須進行允許電壓降校驗的計算，且此時發(fā)電機功率Prg＞1.2Pe。
2.3.3推論三
當Prm=Pe（即發(fā)電機組只供單臺電動機），見表2：
表2電動機不同啟動方式下，發(fā)電機功率Prg須是待啟電動機功率Prm的最小倍數(shù)
電動機啟動方式 全壓啟動 自耦降壓啟動（65%抽頭） 星三角降壓啟動
Prg/Prm
最小倍數(shù) 5.23 2.21 1.74
3公式運用實例
某二類高層商住樓，擬設(shè)一臺功率盡量小的柴油發(fā)電機組，消防時作為消防負荷的備用電源，平時作為保障負荷的備用電源。其中保障負荷計算值為220kW。該工程投運消防負荷最大的防火分區(qū)為地下室。因為地下室一旦發(fā)生火災，須投運的消防用電設(shè)備總安裝功率為最大，其值為230kW。其中消防水泵共2臺，每臺45kW；投運消防風機共3臺，分別為15kW2臺、37kW1臺；其它為消防電梯11kW和應急照明等消防負荷62kW。
容量初選及校驗：因230kW>220kW，故發(fā)電機功率初選值應以消防負荷計算為準。另根據(jù)上述第2.3.1節(jié)結(jié)論，因230kW＞6.37×15kW，故功率為15kW的消防風機可采用全壓啟動；又因6.37×45kW＞230kW＞2.35×45kW，所以功率為45kW的消防水泵只能采用降壓啟動（自耦降壓啟動（65%抽頭）或星三角降壓啟動）；同理，功率為37kW的消防風機也須采用降壓啟動。此時，所選定的發(fā)電機功率為最小，其值為穩(wěn)定負荷計算結(jié)果，即1.2×230kW=276kW。
仍就本例而言：假設(shè)45kW的消防水泵采用自耦降壓啟動（65%抽頭），而37kW的消防風機擬采用全壓啟動；二者配電線路條件一致。則按前述公式（1）~（4）計算發(fā)現(xiàn)，按37kW消防風機校驗計算出的發(fā)電機功率，要大于按45kW消防水泵校驗計算的結(jié)果。由此再次證明，發(fā)電機容量校驗不應單看電動機額定容量之大小，電動機啟動方式也將產(chǎn)生重大影響。
備注：在校核發(fā)電機容量時，啟動電流倍數(shù)為3（常規(guī)）的電動機軟啟動器等同于自耦降壓啟動裝置（65%抽頭），故本文中未將電動機軟啟動方式單列。
4幾點結(jié)論
a.在進行適當?shù)墓こ碳僭O(shè)和理論抽象的基礎(chǔ)上，可以在綜合考慮諸多影響要素后，對發(fā)電機容量校驗給出實用的計算公式，并可滿足工程要求。
b.確定發(fā)電機容量時，應滿足穩(wěn)定計算負荷需要和進行允許電壓降校驗。其中，選定恰當?shù)碾妱訖C啟動方式，可使允許電壓降校驗得以自然滿足，且所得發(fā)電機容量最為經(jīng)濟合理。當條件允許時，大容量的電動機盡量采用降壓啟動，以有效減少發(fā)電機容量、降低工程造價。
c.部分人傳統(tǒng)觀念中的僅以額定容量最大的電動機來校驗發(fā)電機容量，是不夠嚴謹?shù)模袘紤]電動機啟動方式、距離發(fā)電機遠近、已接負荷和發(fā)電機自身特性等因素的影響。
