以表1数据拟合方程,则当Uwg=0.75~0.95时,近似存在:
Sqg/Srg=5Uwg2-11Uwg+6.9375
或Srg=Sqg/(5Uwg2-11Uwg+6.9375)
而Prg=Srg·COSΦ=0.8Srg=0.8Sqg/(5Uwg2-11Uwg+6.9375);又因上述推导均为临界值,故实际工程中取:
Prg≥0.8Sqg/(5Uwg2-11Uwg+6.9375)
编程中以此作为发电机容量校验公式。
3.2.5符号说明
Sqg----发电机启动时发电机母线上的起动负荷(kVA);
Srg----发电机的额定容量(kVA),为待求量;
Sq----电动机启动时,启动回路的额定输入容量(kVA);
Sfh----电动机启动时,发电机母线上已接负荷(kVA);
Urg----发电机的额定电压(kV),取Urg=0.4kV;
Uwg----电动机启动时,发电机母线上的稳态电压相对值;
Uwm----电动机启动时,其端子上所要求的稳态电压相对值, 程序中取Uwm=0.8;
C----电动机全压启动之电流倍数。程序中取C=7;
kp----电动机的启动系数,见表2:
表2
启动方式
全压启动
Y-△启动
自耦变压器65%抽头启动
kp
1.0
0.3333
0.4225
Sqm----电动机额定启动容量(kVA);
Srm----电动机额定容量(kVA);
Prm----电动机额定功率(kW)。编程中,取Prm=0.8Srm, 且0
XL----电动机至发电机配线线路(铜芯)之阻抗(千欧);
L----电动机至发电机配线线路(铜芯)之长度(千米)。编程中,0
S----电动机至发电机配线线路(铜芯)之导线截面(mm2)。编程中,S值按表3自动取值。
表3
0 5.5 7.5 15
S≥2.5(取等号,下同)
S=4
S=6
S=10
18.5 22 30 37
S=16
S=25
S=35
S=50
45 55 90 110
S=70
S=95
S=120
S=185
4 源程序及操作要点
4.1源程序
10 PRINT
PRINT“*********备用柴油发电机组之容量校验及确定************”
PRINT
INPUT“1。请输入:最不利防火分区消防设备总安装功率Pe=千瓦”,Pe
IF Pe>800 THEN 20
PRINT
INPUT“2。请输入:启动方式最不利之单台电动机有功功率Prm=千瓦”,Prm
IF Prm>150 OR Prm<=0 OR Pe
PRINT
INPUT“3。请输入:启动方式最不利之单台电动机至发电机之配线长度L=米”,L
L=L/1000
IF L>0.1 OR 0>L THEN 20
PRINT
PRINT“4。(全压启动k=1;星三角k=2;自耦65%抽头k=3)”
PRINT“请输入:启动方式最不利之单台电动机的启动方式k=”,k
IF k=1 OR k=2 OR k=3 THEN 30 ELSE 20
30 PRINT
IF k=1 THEN kp=1
IF k=2 THEN kp=1/3
IF k=3 THEN kp=0.4225
IF Prm<=5.5 THEN
S=2.5
ELSEIF Prm<=7.5 THEN S=4
ELSEIF Prm<=15 THEN S=6
ELSEIF Prm<=18.5 THEN S=10
ELSEIF Prm<=22 THEN S=16
ELSEIF Prm<=30 THEN S=25
ELSEIF Prm<=37 THEN S=35
ELSEIF Prm<=45 THEN S=50
ELSEIF Prm<=55 THEN S=70
ELSEIF Prm<=90 THEN S=95
ELSEIF Prm<=110 THEN S=120
ELSEIF Prm<=150 THEN S=185
ENDIF
GOTO 40
20 PRINT“输入数据超出范围!!!请重新输入!”
GOTO 10
40 Sfh=1.25*(Pe-Prm)
XL=(0.07+6.3/S)*L/1000
XU=XL/(0.4*0.4)
C=7
Sqm=C*Prm/0.8
Sq=1/(1/(kp*Sqm)+XU)
Sqg=Sfh+Sq
Uwm=0.8
Uwg=Uwm*(kp*Sqm)/Sq
Srg=Sqg/(5*Uwg*Uwg-11*Uwg+6.9375)
Prg=Srg*0.8
IF Prg<=1.2*Pe THEN PPrg=1.2*Pe ELSE PPrg=Prg
PRINT
PRINT“————————————计算结果————————————”
PRINT“为满足启动条件,所选发电机持续功率不应小于”,Prg,“千瓦”
PRINT“为满足工程应用,实选发电机持续功率不应小于”,INT(PPrg+1),“千瓦”
PRINT“————————————————————————————”
END
4.2程序操作要点
a.在Windows的DOS环境下,运行pdos95.bat,从而进入DOS中文平台;再运行QBASIC.EXE,并把上述源程序输入到电脑中,存盘。
b. 在QBASIC环境下,按F5键,则可运行程序、进行计算了。从原始数据输入,到计算结果输出,前后一般不超过一分钟,非常简捷实用。
5简化的数学公式
在忽略电动机线路电压降影响之后(即XL=0),更简化的数学公式推导如下:
Sq=kp(C·Srm)=kp·C·Prm/0.8=8.75kp·Prm
而Sfh=1.25(Pe-Prm),所以,
Sqg=Sfh+Sq=1.25(Pe-Prm)+ 8.75kp·Prm =1.25Pe+(8.75kp-1.25)Prm
又因XL=0,故Uwg=Uwm=0.8
所以,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[1.25Pe+(8.75kp-1.25)Prm>/1.3375
⑴全压启动时,kp=1,Prg=0.748Pe+4.486Prm;
⑵星三角启动时,kp=1/3,Prg=0.748Pe+0.996Prm;
⑶自耦65%抽头启动时,kp=0.4225,Prg=0.748Pe+1.464Prm;
稳定负荷计算中,Prg=1.2Pe,将此式与上述⑴、⑵、⑶式分别比较,并结合关系式Pe
≥Prm,可得出下面第6.1~6.3条重要结论。
6几点结论
6.1同时满足以下三种启动条件的任意工程(假设电动机启动方式仅限于全压、星三角、自耦三种),其发电机组容量为最小,且其值仅取决于稳定计算负荷的大小(即Prg=1.2Pe),无须再考虑启动负荷的影响,即无须用程序进行容许电压降的校验。
a。当最不利防火分区消防设备总安装功率Pe,不小于某单台电动机功率Prm的11倍时,即Pe≥11Prm时,该单台电动机的启动方式不受限制,采用全压或降压启动均可。
b。当11Prm>Pe≥3.5Prm时,该单台电动机应采用降压启动(星三角或自耦65%抽头启动)。
c。当3.5Prm>Pe≥2.5Prm时,该单台电动机只应采用星三角启动。
6.2当2.5Prm>Pe时,必须用程序进行容许电压降的校验,且此时发电机组容量Prg>
1.2Pe。
6.3当Prm=Pe时(且允许压降为0.2),很容易由前述简化数学公式得出表4:
表4不同启动方式下,发电机功率是被启电动机功率的最小倍数
启动方式
全压启动
Y-△启动
自耦变压器65%抽头启动
最小倍数
5.3
1.8
2.3
6.4若仅以启动容量最大的单台电动机来校验发电机容量,是不严密、不周全的,因为电动机启动容量不仅与其额定容量有联系,更与启动方式密切相关。换言之,对于校验发电机容量而言,直接启动较小容量的电动机,可能比降压启动较大容量的电动机更为不利。所以,计算时,应分别输入若干台影响较大的电动机的相关数据,择其最不利者,作为选定发电机容量的依据。
6.5为缩小发电机组容量、降低造价,条件允许时,较大容量的电动机尽量采用降压启动。
7 计算实例
某二类高层商住楼,拟设一台容量最小的柴油发电机组,消防时作消防负荷备用电源,平时作保证负荷备用电源。其中保证负荷计算值为250KW。而其最不利防火分区被认定为地下室。因为,若地下室火灾,则投入服务的消防设备总安装功率为最大,其值为285KW。其中消防水泵共2台(距发电机10米,不计备用泵),每台45KW;消防风机共4台,功率分别为15KW、15KW、30KW、30KW,其它为应急照明等负荷105KW。
解题过程:因285KW>250KW,故机组容量选择以消防负荷计算为准。另根据上述第6。1条结论,因285KW>11×15KW,故功率为15KW的消防风机可采用全压启动(降压启动当然亦可)。又因11×45KW>285KW>3.5×45KW,所以功率为45KW的消防水泵应采用自耦65%抽头启动或星三角启动(而不能采用全压启动)。同理,功率为30KW的消防风机仍须采用降压启动。此时,选定的柴油发电机组容量为最小,且无须用前述电脑编程来校验,其值为1.2×285KW=342KW。
仍就上例而言。假设45KW的消防水泵采用自耦65%抽头降压启动,而30KW的消防风机(距发电机10米)拟采用全压启动。将消防水泵及消防风机的相关数据分别输入电脑程序,进行运算、校验。可以发现,按消防水泵校验计算出的发电机持续功率为343 kW,而按消防风机校验计算出的结果却达351kW。所以,此时只有取351kW作为实选结果。由此可看出,不遵循上述第6。1条结论的,必将造成机组容量偏大;此外也证明,30kW消防风机的全压启动,比45kW消防水泵降压启动更为不利。