數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機組系統(tǒng)應(yīng)用方案

1、數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機組系統(tǒng)應(yīng)用方案為確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)交換中心、金融結(jié)算中心、重要 系統(tǒng)調(diào)度中心等關(guān)鍵部門的設(shè)備能得到不間斷的電源供電， 這些機樓的供電系統(tǒng)通常采用"市電供電+柴油發(fā)電機組備用"所組成的電源供電系統(tǒng)。1.1柴油發(fā)電機組原理，組成及分類柴油發(fā)電機組，主要由柴油內(nèi)燃機組、同步發(fā)電機、油箱、控制系統(tǒng)四個部分組成，利用柴油為燃料，柴油內(nèi)燃機組控 制柴油在汽缸內(nèi)有序燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓的燃?xì)?，?dāng)燃?xì)?膨脹時推動活塞使曲軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生機械能，通過傳動裝置帶 動同步交流發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，將機械能轉(zhuǎn)換為電能輸出，給各用 電負(fù)載提供電源。柴油發(fā)電機組一般有如下構(gòu)成的組件：-柴油發(fā)動

2、機三相交流無刷同步發(fā)電機-控制屏 -散熱水箱-燃油箱 柴油發(fā)電機組有多種分類方法，按柴油機的轉(zhuǎn)速可分為高速機組（3000rpm）、中速機組（1500rpm）和低速機組（lOOOrpm以下）；按柴油機的冷卻方式可分為水冷和風(fēng)冷機組；按柴 油機柴油調(diào)速方式可分為機械調(diào)速、電子調(diào)速、液壓調(diào)速和 電子噴油管理控制調(diào)速系統(tǒng)（簡稱電噴或ECU；按機組使用 的連續(xù)性可分為長用機組和備用機組；柴油發(fā)電機組通常采 用三相交流同步無刷勵磁發(fā)電機，按發(fā)電機的勵磁方式可分 為自勵式和他勵式。本節(jié)重點介紹按照應(yīng)用場地，冷卻方式 和控制方式的分類方式。1.2數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機組容量選擇1. 柴油發(fā)電機組功率功率選型時機組

3、選型的核心內(nèi)容，其原則是在最少投資的前提下，滿足使用要求。柴油發(fā)電機組功率的定義比較復(fù)雜，因 此首先應(yīng)該明確各種功率的定義，分析機組的工況性質(zhì)，確定功率條件。然后根據(jù)機組的現(xiàn)場條件和負(fù)載的特性，計算 并修正所需要的機組輸出功率。ISO8528-1 : 2005中對功率定額種類 2的規(guī)定如下：1）持續(xù)功率（COP:在商定的運行條件下并按照制造商的 規(guī)定進行維護保養(yǎng)，發(fā)電機組以恒定負(fù)荷持續(xù)運行，且每年 運行時數(shù)不受限制的最大功率。2）基本功率（PRP :在商定的運行條件下并按制造商的規(guī)定進行維護保養(yǎng)，發(fā)電機組以可變負(fù)荷持續(xù)運行，且每年運行時數(shù)不受限制的最大功率。24小時運行周期內(nèi)運行的平均 功率輸

4、出（Ppp）應(yīng)不超過PRP的70%除非與RIC發(fā)動機制 造商另有商定。在要求允許的平均功率輸出Ppp較規(guī)定值高的應(yīng)用場合，應(yīng)使用持續(xù)功率 COP.3）限時運行功率（LTP）: 在商定的運行條件下并按制造商的規(guī)定進行維護保養(yǎng)，發(fā)電機組每年運行時間可達(dá) 500小時的最大功率。按100%限時運4)應(yīng)急備用功率(ESP):在商定的運行條件下并按制造商 的規(guī)定進行維護保養(yǎng)，在市電一旦中斷或在實驗條件下，發(fā)電機組以可變負(fù)荷運行且每年運行時間可達(dá)200小時的最大功率。24小時運行周期內(nèi)允許的平均功率輸出應(yīng)該不超過 70%ESP除非與制造商另有商定。該標(biāo)準(zhǔn)同時也對發(fā)電機組運行的現(xiàn)場條件做出規(guī)定：現(xiàn)場條 件由用

5、戶確定，在現(xiàn)場條件未知且未另作規(guī)定的情況下，應(yīng) 采取下列額定現(xiàn)場條件：絕對大氣壓力：89.9kPa (或海拔高度1000m)環(huán)境溫度：40 C相對濕度：60%通常，柴油發(fā)電機組銘牌標(biāo)稱的輸出功率分為備用功率 (Standby Power),常用功率(Prime Power) 和連續(xù)功率(Consecution Power )。1)備用功率(Standby Power )定義為發(fā)電機組在規(guī)定的維 修周期之間和規(guī)定的環(huán)境條件下能夠連續(xù)運行300h,每年最多500h工作小時的最大功率。等同于國標(biāo)和ISO標(biāo)準(zhǔn)中的 限時運行功率(LTP)。一般適用于通信、樓宇等負(fù)載變化較 多的偶然應(yīng)急工況2) 常用功率

6、(Prime Power )定義為在規(guī)定的維修周期之間和規(guī)定的環(huán)境條件下，每年可能運行的時數(shù)不受限制的某一 可變功率序列內(nèi)存在的最大功率，等同于國標(biāo)和ISO標(biāo)準(zhǔn)中的基本功率(PRP。一般適用于廠礦、軍隊等負(fù)荷變化較小 的經(jīng)常運行工況。3) 連續(xù)功率(Consecution Power )定義為在規(guī)定的維修周期之間和規(guī)定的環(huán)境條件下，每年可能運行的時間不受限制 的某一恒定功率序列內(nèi)存在的最大功率。等同于國標(biāo)和ISO標(biāo)準(zhǔn)中的持續(xù)功率(COP。一般適用于作為電站或與市電并 網(wǎng)使用等負(fù)載變化績效的連續(xù)運行工況。對于柴油機在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，在確定機組功率定額時目前 普遍按照常用功率來選擇。2. 機組數(shù)量

7、由于數(shù)據(jù)中心的重要性，各種工況下的供電設(shè)備應(yīng)該考慮電 氣冗余。發(fā)電機組的配置也不例外。具體的做法是在配置柴 油機系統(tǒng)時，按照 N+1或者2N的原則來配置機組的數(shù)量。機組并聯(lián)使用是經(jīng)常采用的一種方式。由于我國0.4KV的低壓配電柜沒有6300A以上的應(yīng)用，并聯(lián)運行的0.4KV發(fā)電機總?cè)萘坎灰^3200KV，如果場地確實需要更大容量的柴油 發(fā)電機組，建議采用10kV的中壓發(fā)電機組。通常并聯(lián)的邏輯控制有三種：第一種是接到斷電信號以后，所有的機組都同時啟動，同時 運行。即無論負(fù)載多少，并聯(lián)的N+1臺柴油機始終同時在線運行；第二種是機組同時啟動，然后根據(jù)負(fù)載的大小投入或者切除 機組；第三種是接到斷電信

8、號后，只啟動一臺機組，然后根據(jù)負(fù)載大小，由系統(tǒng)決定是否需要啟動其他機組并聯(lián)運行。對于數(shù)據(jù)中心來說，一般建議第一種邏輯控制，即全部機組 始終在線運行，好處是可以避免負(fù)載較快速的波動時頻繁的 投入/切出機組，同時多臺同時運行內(nèi)阻減小可以弱化諧波 的影響，有利于機組的穩(wěn)定運行。第二種方式通常適用于負(fù) 載的變化緩慢，這樣燃油經(jīng)濟性較好。第三種控制邏輯負(fù)載 依次投入，適用與初始負(fù)載不大、且負(fù)載增長模式固定的場所。3. 機組負(fù)荷計算在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，柴油發(fā)電機組主要為UPS空調(diào)、消防負(fù)荷和其他重要負(fù)載提供后備電源的保障。一般有如下方式進行負(fù)荷計算：1）按照設(shè)備容量計算發(fā)電機容量：4. 功率現(xiàn)場條件修正在非額定

9、現(xiàn)場條件和特殊負(fù)載的情況下，機組的額定功率需要修正。1）環(huán)境溫度的功率修正當(dāng)環(huán)境溫度過高時，空氣密度降低，柴油機燃燒時的氧氣量 減少，燃燒效率降低，因而會降低柴油機的機械輸出功率；同時發(fā)電機工作時需要冷空氣對繞組進行冷卻，溫度過高會降低發(fā)電機的冷卻效果，從而影響發(fā)電機的輸出功率。各品 牌柴油機和發(fā)電機的輸出功率受環(huán)境影響的修正參數(shù)各不 相同，實踐中建議以各廠家的修正參數(shù)為準(zhǔn)。通?？砂凑窄h(huán)境溫度超過40° C時每升高5° C,輸出功率下降3%-4嘛進 行功率損失的計算。2）海拔高度的功率修正 當(dāng)海拔升高時空氣密度也會降低，同樣影響柴油機和發(fā)電機 的輸出功率。不同品牌的柴油發(fā)電機組要按照廠家的功率修 正曲線來計算降額后的實際功率。通常可按照海拔高度超過 1000米后每升高500米輸出功率下降4%-5%來進行功率損失 的計算。值得一提的是采用電子噴油的柴油機在高海拔和高 溫度的區(qū)域有更低的功率降額。3）加負(fù)載的功率因素修正對于自然進氣的機組而言，其最大允許的一次加載量等于其 使用功率。采用渦輪增壓技術(shù)后，發(fā)動機的功率有了明顯的提高，但突 加負(fù)載的能力卻有所下降。當(dāng)增壓比越高時，突加負(fù)載的能 力下降也越明顯。當(dāng)發(fā)動機處于空