淺析柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)計

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淺析柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)計:淺談柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)計方法和內(nèi)容

[摘 要]簡要介紹了柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)計方法，著重對建筑電氣設(shè)計專業(yè)在設(shè)計柴油發(fā)電機(jī)組時的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了闡述，并提出了設(shè)計要點(diǎn)，以期設(shè)計出一個經(jīng)濟(jì)、合理、舒適以及高效的柴油發(fā)電機(jī)組。

[關(guān)鍵詞]柴油發(fā)電機(jī)組，機(jī)房，供配電系統(tǒng)

在供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范中將電力負(fù)荷分為一、二、三級。其中，一級負(fù)荷要求由兩個電源供電；一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷除要求由兩個電源供電外，還要求增設(shè)應(yīng)急電源，這是應(yīng)急電源的強(qiáng)制性設(shè)置要求。另外，還有出于經(jīng)濟(jì)性、政治性等因素的考慮而設(shè)置備用電源，用以防止因正常電源的斷電而引起的數(shù)據(jù)資料損失或造成政治形象等的不良影響。基于以上情況柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急備用電源的一種應(yīng)用于許多工程中。以下簡單介紹幾點(diǎn)建筑電氣設(shè)計專業(yè)在設(shè)計柴油發(fā)電機(jī)組時的相關(guān)內(nèi)容。

1 柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)房的選址

一般柴油發(fā)電機(jī)房宜設(shè)置在用電負(fù)荷中心，這樣可以避免因線路過長而增加的電纜投資，以及為保證供電電壓質(zhì)量而增加的投資。柴油發(fā)電機(jī)房位置的選擇還應(yīng)考慮柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中多方面因素：一方面是保證機(jī)組本身的運(yùn)行環(huán)境，即機(jī)組運(yùn)行中的通風(fēng)、排風(fēng)、排煙。這里我們僅考慮燃燒柴油作為燃料，因為就目前市場上大部分工程都是采用柴油作為燃料，燃料的供應(yīng)及儲存也是機(jī)房設(shè)置需要考慮的因素。柴油發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，由于柴油的燃燒會產(chǎn)生大量的煙，同時柴發(fā)機(jī)組本身運(yùn)行產(chǎn)生氣體和熱量，這些煙、氣和熱量不僅不利于柴發(fā)機(jī)組本身的運(yùn)行，也給人活動的場所造成了環(huán)境污染。所以，柴發(fā)機(jī)房選擇位置時需考慮能很好的將這些煙、氣和熱量排送到遠(yuǎn)離室內(nèi)和人員進(jìn)出口的位置，并同時能給機(jī)房引入新風(fēng)，形成良好的散熱、通風(fēng)環(huán)境。另一方面柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時會振動并產(chǎn)生噪聲，這就要求機(jī)房在選址時考慮振動及噪聲對所在環(huán)境的影響，必要時應(yīng)采取合理的減振及降噪的措施。綜合以上需要考慮的因素，一般條件允許時，可將柴發(fā)機(jī)房設(shè)于項目附近的室外，并背離出入VI，人員密集的地方。當(dāng)條件不允許時，現(xiàn)在許多項目也都設(shè)于地下層，通過有效的通風(fēng)、排風(fēng)、排煙以及減振、降噪等措施，也運(yùn)行良好，并取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 柴油發(fā)電機(jī)組容量的選擇

一般在方案或初步設(shè)計階段，我們沒有辦法知道具體的負(fù)載情況，這時，柴油發(fā)電機(jī)組的容量按配電變壓器總?cè)萘康?0%～20%考慮，這在規(guī)范和專業(yè)的技術(shù)措施中都有說明。在施工圖設(shè)計階段，我們確定所需柴油發(fā)電機(jī)組的容量時，首先要確定柴發(fā)所帶的負(fù)載類型，柴發(fā)被使用的情況，即柴發(fā)是作為純備用負(fù)荷使用，還是還需正常負(fù)荷在市電斷電時也使用柴發(fā)作為正常負(fù)荷的供電電源。這里前一點(diǎn)所說的備用負(fù)荷是指柴發(fā)使用項目中由于消防要求、供電保障性要求所必須要求設(shè)置備用電源的負(fù)荷。供電負(fù)荷的確定是考慮到供電的可靠性、經(jīng)濟(jì)性等多種因素，在權(quán)衡利弊后得出的一個合理的方案。當(dāng)一個項目的供電負(fù)荷確定后，才可以進(jìn)一步確定柴發(fā)機(jī)組的容量。柴發(fā)機(jī)組容量的計算公式在JGJ 16-2008民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范中有詳細(xì)說明，這里就不再引用了。

3 柴油發(fā)電機(jī)組與供配電系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組的臺數(shù)，所帶負(fù)載的性質(zhì)、功能及供電要求，采用柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源的供電系統(tǒng)有許多種。目前實際應(yīng)用中常用的典型的供電系統(tǒng)有：發(fā)電機(jī)組直接為普通負(fù)載供電；多臺發(fā)電機(jī)組并聯(lián)為普通負(fù)載供電；單機(jī)組作為備用電源與市電分別給負(fù)載供電；多臺機(jī)組、多個轉(zhuǎn)換開關(guān)分別對負(fù)載供電；4f為常用電源中的中、高壓簡單發(fā)電機(jī)使用的配電系統(tǒng)；多臺發(fā)電機(jī)與市電電源采用母聯(lián)或并聯(lián)向負(fù)載供電的中高壓系統(tǒng)；低壓發(fā)電機(jī)采用升壓變壓器后向低壓或中壓配電系統(tǒng)供電等。具體采用什么樣的供電方式應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的供電情況，結(jié)合負(fù)載使用的實際情況而定。其中單機(jī)組作為備用電源與市電分別給負(fù)載供電，多臺機(jī)組、多個轉(zhuǎn)換開關(guān)分別對負(fù)載供電更是許多工程中常用的低壓供電配電系統(tǒng)。當(dāng)確定的柴油發(fā)電機(jī)組容量較大，一般不小于800 kW時，宜設(shè)置兩臺同容量的柴油發(fā)電機(jī)組，這兩臺機(jī)組可分別帶起部分負(fù)載，也可并機(jī)使用向所有負(fù)載供電。同時，設(shè)置兩臺柴油發(fā)電機(jī)組也可互為備用，當(dāng)一臺出現(xiàn)故障或需定期維修時，可先用另一臺作為備用電源，向部分需要最優(yōu)先或強(qiáng)制必須保障的負(fù)荷供電。一般柴油發(fā)電機(jī)組是不允許與市網(wǎng)并列運(yùn)行的。主要是考慮如果柴發(fā)機(jī)組發(fā)生故障，將有可能波及到市網(wǎng)，從而擴(kuò)大了故障影響面。所以，通常采用連鎖來使用柴發(fā)與市電，以防止二者并列運(yùn)行。柴油發(fā)電機(jī)組的啟動方式及要求也要根據(jù)所帶負(fù)載的性質(zhì)及供電方案確定。機(jī)組的控制柜等一般由廠家成套提供。由于柴油發(fā)電機(jī)組的啟動一般采用電啟動，需要充電機(jī)、蓄電池等啟動設(shè)備所必須的市電電源，所以，柴油發(fā)電機(jī)房也是需要設(shè)置市電電源的。在使用柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急備用時，當(dāng)正常電源即市電發(fā)生故障停電時，市電一柴發(fā)機(jī)組轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)發(fā)出信號啟動柴發(fā)機(jī)組；當(dāng)市電恢復(fù)時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號，柴油發(fā)電機(jī)組停機(jī)，恢復(fù)正常市電供電。無論轉(zhuǎn)換市電一柴發(fā)機(jī)組轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)核心采用PLC控制還是采用集成控制單元控制，一般都要求具有過負(fù)荷和短路保護(hù)等保護(hù)功能。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組容量不足時，能夠卸掉次要負(fù)荷，當(dāng)市電恢復(fù)正常時能夠恢復(fù)被卸掉的負(fù)荷。

4 柴油發(fā)電機(jī)組的冷卻系統(tǒng)設(shè)計

目前市場上的柴油發(fā)電機(jī)組的冷卻方式分為風(fēng)冷式和水冷式兩種，風(fēng)冷式又稱封閉自循環(huán)水冷卻方式。具體采用哪種冷卻方式，一般是由暖通專業(yè)根據(jù)現(xiàn)場條件及機(jī)組配合確定。冷卻方式的選擇也有可能影響到柴油發(fā)電機(jī)房的位置、大小及布局等。除了冷卻系統(tǒng)，還有通風(fēng)也很重要。一臺柴油發(fā)電機(jī)組的柴發(fā)機(jī)房燃料燃燒產(chǎn)生的熱量中大約有20%是被冷卻液系統(tǒng)散發(fā)的，有30%是排出的廢氣熱量，有3%一8%是交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的熱量，有5%是機(jī)組本身熱輻射到機(jī)房的，最多有36%是作為電能輸出的。根據(jù)以上不同形式的熱量采用相應(yīng)的方法將其從柴發(fā)機(jī)房內(nèi)消除，這樣才能保障發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)行溫度。

5 柴油發(fā)電機(jī)房與土建專業(yè)的配合

當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組容量確定后，就可以考慮柴油發(fā)電機(jī)房的施工圖設(shè)計。根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組的容量，可參考市場上現(xiàn)有產(chǎn)品的尺寸，一般在沒有確定產(chǎn)品的情況下都按較大尺寸來設(shè)計。柴油發(fā)電機(jī)房內(nèi)機(jī)組與各方位墻、門等的距離要求，在國家規(guī)范中都有詳細(xì)規(guī)定，這里不再重復(fù)引用。需要說明的是，柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)計時不應(yīng)僅考慮機(jī)組尺寸，還應(yīng)考慮到控制柜位置，控制柜的檢修及操作間距；應(yīng)考慮機(jī)組的通風(fēng)、排煙風(fēng)道的位置；應(yīng)考慮燃油的輸送或儲備房間；根據(jù)機(jī)房設(shè)置的位置及確定的機(jī)組的冷卻方式考慮是否用水箱及其位置等因素。當(dāng)機(jī)組的布置確定后，就可以確定機(jī)組的基礎(chǔ)設(shè)計。柴油發(fā)電機(jī)組的典型隔離減振基礎(chǔ)

應(yīng)高出地面150 nlln，基礎(chǔ)應(yīng)采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)，設(shè)置于至少200mm的砂土或礫石層上。現(xiàn)在市場上采用一體式隔離措施的發(fā)電機(jī)組，可使發(fā)電機(jī)的隔離減振效率減到60%一80%。有關(guān)油路、電路的敷設(shè)方式及路徑，不同廠家的接口位置都不同，所以，柴油發(fā)電機(jī)房的基礎(chǔ)及管件預(yù)埋等工作在施工圖設(shè)計階段可僅預(yù)留下房間，待廠家確定后根據(jù)產(chǎn)品的接口位置，與設(shè)計院確定動、靜荷載后，由有資質(zhì)廠家自行確定及施工。總之，柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計時需要考慮各方面因素，要設(shè)計出一個經(jīng)濟(jì)、合理、舒適以及高效的柴油發(fā)電機(jī)組，需要不斷實驗、探索、總結(jié)。這里僅僅根據(jù)以往設(shè)計柴發(fā)的經(jīng)驗總結(jié)了一些需要注意的部分，給剛剛涉入的同行一些參考，不足之處，還需不斷的補(bǔ)充、完善，不斷的積累經(jīng)驗。

淺析柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)計:淺談電廠柴油發(fā)電機(jī)組的管理

[摘 要]結(jié)合多年來的電廠工作經(jīng)驗，先對柴油機(jī)組選型進(jìn)行了分析，然后對電廠柴油發(fā)電機(jī)組的管理狀態(tài)進(jìn)行了分析，最后對電廠柴油發(fā)電機(jī)組的管理改進(jìn)進(jìn)行了詳細(xì)的論述。

[關(guān)鍵詞]電廠柴油發(fā)電機(jī)組；管理；改進(jìn)

電廠柴油發(fā)電機(jī)組出于可靠性的考慮，所采用的柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)的主件一般為進(jìn)口品牌的產(chǎn)品。300MW 發(fā)電裝置選用的柴油發(fā)電機(jī)組先期為德國道依茨柴油機(jī)驅(qū)動，后期選用的是美國康明斯柴油機(jī)驅(qū)動；與 1000MW 發(fā)電裝置選用的柴油發(fā)電機(jī)組相比，300MW發(fā)電裝置選用的柴油發(fā)電機(jī)組除了功率差異，控制程序也有所不同。

1 柴油機(jī)組選型

（1）功率合適。根據(jù)使用負(fù)載來選用功率合適的柴油機(jī)組。發(fā)電機(jī)組能夠在24h之內(nèi)連續(xù)使用的最大功率我們稱之為連續(xù)功率。負(fù)載不能大于發(fā)電機(jī)組連續(xù)功率，這就要求我們根據(jù)使用負(fù)載合理預(yù)留足夠的功率。但連續(xù)功率也不應(yīng)比負(fù)載大太多，太大的情況下發(fā)電機(jī)長期處于小負(fù)荷工況下運(yùn)行，燃油不能很好地燃燒，容易形成積碳，造成活塞環(huán)卡死等故障。

（2）靜音與否。靜音型柴油機(jī)組是指在發(fā)電機(jī)外安裝有一個隔音的外殼，里面安裝隔音材料。可根據(jù)使用環(huán)境進(jìn)行選擇，當(dāng)需要把發(fā)電機(jī)組安放在離居住地比較近的地方時，需選用靜音型。在選用靜音型發(fā)電機(jī)組時應(yīng)注意隔音材料要耐高溫、阻燃、安裝牢固，并且外殼鐵皮應(yīng)當(dāng)足夠結(jié)實，不與機(jī)體共振產(chǎn)生二次噪音，否則達(dá)不到靜音效果。

（3）是否帶油箱。這是指柴油機(jī)組基座上是否配備油箱。配備油箱的機(jī)型機(jī)動性強(qiáng)，可以安放在車輛上隨時移動。

（4）無刷還是有刷。有刷是指勵磁電流通過導(dǎo)電環(huán)傳輸給轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī)組。有刷發(fā)電機(jī)組不需要副繞組，所以成本相對較低。缺點(diǎn)是需要保養(yǎng)碳刷，碳刷磨損以后要及時更換。但在使用過程中往往不注意觀察碳刷磨損情況而導(dǎo)致磨損過度，損壞導(dǎo)電環(huán)，增加修理難度。并且當(dāng)導(dǎo)電環(huán)失圓后，會加快碳刷磨損。而無刷發(fā)電機(jī)組不需要碳刷，基本上不需要保養(yǎng)。當(dāng)只是需要做臨時應(yīng)急電源的時候可以選用有刷機(jī)組，降低設(shè)備成本。否則用在長期供電設(shè)備上，會由于碳刷磨損問題而需要修理，反而增加成本。

2 電廠柴油發(fā)電機(jī)組的管理狀態(tài)

柴油發(fā)電機(jī)組在電廠一般歸屬于設(shè)備管理部管理，只是該產(chǎn)品集成了內(nèi)燃動力機(jī)械、發(fā)電機(jī)、自動化控制和配電、繼電保護(hù)等不同的專業(yè)技術(shù)，電廠內(nèi)部沒有專門對口的技術(shù)專業(yè)與此產(chǎn)品對應(yīng)，通常的做法是由一個專業(yè)來牽頭，這個專業(yè)在不同的電廠有不同的規(guī)定，有定為機(jī)務(wù)專業(yè)的，有定為電氣專業(yè)的，有定為繼保專業(yè)的。也有電廠沒有確定牽頭的專業(yè)，產(chǎn)品各主要部件歸屬于不同專業(yè)負(fù)責(zé)，顯然這種規(guī)定是不合理、不科學(xué)、不負(fù)責(zé)任的，因為整體設(shè)備的可靠性是由相互影響和相互關(guān)聯(lián)的各部件保障的。

諫壁電廠規(guī)定為電氣專業(yè)牽頭管理，這樣做的好處在于柴油發(fā)電機(jī)組最重要的功能是在規(guī)定的時間內(nèi)發(fā)出滿足品質(zhì)要求和規(guī)定數(shù)量的電力，這正是電氣專業(yè)負(fù)責(zé)的領(lǐng)域。機(jī)組一旦喪失此功能，牽頭負(fù)責(zé)的電氣專業(yè)人員可以及時召集相關(guān)專業(yè)人員分析，拿出處理問題的糾正措施、預(yù)防措施，根除故障。

電廠運(yùn)行部門平時對柴油發(fā)電機(jī)組的管理規(guī)程主要是例行的巡檢和定期的空載試驗。巡檢的內(nèi)容主要是機(jī)組的外觀、機(jī)油位、柴油位、冷卻水位、蓄電池電壓、控制屏上有無報警狀態(tài)的存在等內(nèi)容；空載試驗是每月在現(xiàn)場手動啟動機(jī)組，查看機(jī)組啟動的成功率、運(yùn)行帶載的時間、電壓和頻率、運(yùn)行的穩(wěn)定性、有無“三漏”現(xiàn)象（漏油、漏水、漏氣）等。

3 電廠柴油發(fā)電機(jī)組的管理改進(jìn)

諫壁電廠在管理柴油發(fā)電機(jī)組的過程中也走過了與其他一些電廠相似的歷程，電力行業(yè)沒有像柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)用大戶的電信、船舶行業(yè)一樣制定自己的柴油發(fā)電機(jī)組行業(yè)技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，基層企業(yè)沒有可參考的標(biāo)準(zhǔn)來開展工作。

接手柴油發(fā)電機(jī)組管理工作后，查閱了信息產(chǎn)業(yè)部制定的《YD/T502-2007 通信用柴油發(fā)電機(jī)組》、《YD/T1970.6-2009 通信局（站） 電源系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)要求第六部分：發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)》和《GB/T13032-2010 船用柴油發(fā)電機(jī)組》等標(biāo)準(zhǔn)，參考了發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制造商美國康明斯公司應(yīng)用手冊《Application manual-liquid cooled gen-erator sets》，對照其中涉及到備用柴油發(fā)電機(jī)組保養(yǎng)檢測的內(nèi)容要求，發(fā)現(xiàn)了實際管理工作中存在的巨大差距。

在征得領(lǐng)導(dǎo)同意后，將柴油發(fā)電機(jī)組的保養(yǎng)、負(fù)載測試、自動化程序測試項目納入到每年的全廠大小修計劃中。實施的過程也充分證明了開展這些項目的必要性。

在對一臺早期安裝的 650KW 道依茨機(jī)組進(jìn)行負(fù)載測試時，負(fù)載剛剛加大到 100KW 左右，就發(fā)生了發(fā)電機(jī)差動保護(hù)跳閘停機(jī)的故障，經(jīng)檢查是一相差動保護(hù)的電流互感器的極性接反導(dǎo)致了誤動，糾正極性后再次運(yùn)轉(zhuǎn)加載到機(jī)組控制模塊液晶顯示為 400KW左右時發(fā)生了機(jī)組轉(zhuǎn)速明顯下降的問題，再查發(fā)現(xiàn)是機(jī)組控制模塊內(nèi)部的計量電流互感器變比設(shè)定有誤，和鉗形電流表測量值、施耐德空氣開關(guān)液晶電流值相比，模塊液晶顯示的電流值偏小，重新改變變比設(shè)定后，機(jī)組帶載運(yùn)行正常。此外，在對機(jī)組進(jìn)行負(fù)載測試時，發(fā)現(xiàn)機(jī)房的進(jìn)風(fēng)電動百葉窗拒絕聯(lián)動打開，這種情況如果發(fā)生在應(yīng)急啟動狀態(tài)時，會造成機(jī)組因氧氣供應(yīng)量的不足而發(fā)生悶車停機(jī)的現(xiàn)象，對此及時進(jìn)行了整改，完善了機(jī)房進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)。在對另一臺道依茨機(jī)組進(jìn)行自動化程序試驗時，發(fā)現(xiàn)保安母線段的一只空氣開關(guān)拒動，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該空氣開關(guān)的輔助觸點(diǎn)松動，傳遞到機(jī)組控制柜內(nèi)的可編程序控制器的開關(guān)狀態(tài)信號錯誤，經(jīng)調(diào)換輔助觸點(diǎn)后，該故障現(xiàn)象消除。

在對后期安裝的一臺 1800KW 的康明斯機(jī)組進(jìn)行負(fù)載測試時，當(dāng)負(fù)載加大到 1000KW，柴油機(jī)主機(jī)水箱的注水蓋往空中噴水噴氣。取下水箱注水蓋再進(jìn)行空載試運(yùn)轉(zhuǎn)時，水箱直接往外噴水，噴水的高度達(dá)到 1 米。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)主機(jī)的冷卻水管與中冷器的冷卻水管位置錯接，主機(jī)的冷卻水管接到了中冷器水箱回水口，中冷器的冷卻水管接到了主機(jī)水箱的回水口，導(dǎo)致冷卻水外部循環(huán)回路堵塞，柴油機(jī)冷卻水泵提供的強(qiáng)大動力將冷卻水從主機(jī)水箱的注水蓋擠壓出來。將主機(jī)冷卻水管與中冷器的冷卻水管的安裝位置調(diào)換后，機(jī)組帶載至 1450KW 連續(xù)運(yùn)行 10 分鐘，上述故障現(xiàn)象沒有繼續(xù)出現(xiàn)。其實，這臺機(jī)組在基建安裝調(diào)試時，是做過負(fù)載試驗的，只是負(fù)載試驗的時間較短，又是在冬天，柴油機(jī)本體沒有充分加熱，冷卻水管路上的節(jié)溫器沒有打開，冷卻水只是在柴油機(jī)機(jī)身內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)，沒有進(jìn)入外部水箱循環(huán)的冷卻回路，故上述現(xiàn)象在基建階段負(fù)載試驗時沒有暴露。

4 結(jié)束語

電廠柴油發(fā)電機(jī)組不是一個擺設(shè)，是需要精心維護(hù)和管理的，良好的生產(chǎn)維護(hù)管理既可以消除設(shè)備制造過程、基建安裝過程帶來的潛在安全隱患，也可以保證設(shè)備良好的技術(shù)狀態(tài)。作為基層的設(shè)備管理人員，應(yīng)加強(qiáng)自身專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，提高業(yè)務(wù)能力，把設(shè)備管理好，使柴油發(fā)電機(jī)組在保安母線電源發(fā)生事故狀態(tài)時，能夠及時投運(yùn)帶載，保障電廠主機(jī)的安全運(yùn)行。

淺析柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)計:集裝箱式數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機(jī)組的選擇

摘 要 通過分析集裝箱式數(shù)據(jù)中心負(fù)荷的特點(diǎn)及柴油發(fā)電機(jī)組功率特性以及相關(guān)規(guī)范的研究，提出了集裝箱式數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機(jī)組功率選型方式。

【關(guān)鍵詞】柴油發(fā)電機(jī)組 集裝箱式數(shù)據(jù)中心 容量匹配

1 引言

模塊化集裝箱式數(shù)據(jù)中心是一種新興的數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式，將整個數(shù)據(jù)中心分為若干個獨(dú)立集裝箱.各集裝箱內(nèi)設(shè)備的規(guī)模、功率負(fù)載、配置等均按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。隨著業(yè)務(wù)需求的變化，不斷增加獨(dú)立模塊，從而實現(xiàn)快速建設(shè)。

近年來，隨著客戶需求的不斷提高，對數(shù)據(jù)中心機(jī)房硬件方面的要求也越來越嚴(yán)格。其中，提供高度可靠的電力供應(yīng)，成為必備條件之一。為做到這一點(diǎn)，數(shù)據(jù)中心通常都由兩路獨(dú)立市電供電，同時由 UPS 和柴油發(fā)電機(jī)組配合，為關(guān)鍵設(shè)備提供市電中斷時的備用電源。其中UPS依靠備用電池組提供短時斷電的后備保證，而較長時間的市電中斷，則依靠柴油發(fā)電機(jī)組來提供電源。因此，柴油發(fā)電機(jī)組的正確選用，對數(shù)據(jù)中心的高可用性至關(guān)重要。

2 柴油發(fā)電機(jī)組的選用

針對上述應(yīng)用特點(diǎn)，我們可以從設(shè)計階段開始，就做出針對性的安排，以在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，最大程度地提高其可靠性。

2.1 發(fā)電機(jī)組額定容量的選擇

在選擇發(fā)電機(jī)組容量時，首先需要確定的問題是機(jī)組的功率定義。按照國標(biāo) GB/T2820（等效于 ISO8528），機(jī)組的功率定額分三種，即持續(xù)功率（COP）、基本功率（PRP）、限時運(yùn)行功率（LTP）以及應(yīng)急備用功率（ESP）。

對集裝箱式數(shù)據(jù)中心來說，通常都有兩路市電供電，市電的可靠性非常高，所備柴油發(fā)電機(jī)組年運(yùn)行時間不可能超過500h，因此，在確定機(jī)組功率定額時，應(yīng)按限時運(yùn)行功率來選擇。

2.2 UPS對柴油發(fā)電機(jī)組的影響

發(fā)電機(jī)組所帶負(fù)載中，如果非線性負(fù)載小于其額定功率的 25% 時，可以不必特別考慮其影響。而內(nèi)以數(shù)據(jù)中心內(nèi)以UPS為主的非線性負(fù)載，已經(jīng)占到了機(jī)組額定功率的 40% 甚至更高，因此在設(shè)計柴油發(fā)電機(jī)組時，必須充分考慮 UPS 的因素。UPS 對柴油發(fā)電機(jī)組的影響主要體現(xiàn)在兩方面：

2.2.1 諧波

盡管現(xiàn)在的 UPS在引入了輸入濾波器后，已經(jīng)很大程度上控制了諧波電流，但是在發(fā)電機(jī)組供電時，因其容量遠(yuǎn)小于市電，相對而言存在比較大的內(nèi)阻，當(dāng)UPS整流器的諧波電流注入到同步發(fā)電機(jī)定于繞組中時，會使交流輸出電壓產(chǎn)生畸變。這種畸變嚴(yán)重時就可能影響發(fā)電機(jī)組本身，如調(diào)壓系統(tǒng)和/或控制系統(tǒng)的正常工作、定子線圈的過熱等，也可能影響其后續(xù)設(shè)備如 UPS 的正常工作。

解決方案除了選用輸入諧波電流小的 UPS（如12脈沖整流或高頻整流）外，在機(jī)組的選擇上，可采取的相應(yīng)措施包括：

（1）發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)采用永磁勵磁，以保證調(diào)壓器供電的穩(wěn)定。采用永磁勵磁，保證了調(diào)壓器的電源與發(fā)電機(jī)負(fù)載無關(guān)，可以有效地避免因諧波電流對主磁場的擾動而對調(diào)壓器的電源供應(yīng)產(chǎn)生的不利影響。

（2）調(diào)壓器必須采用三相均方根（RMS）檢測輸出電壓，必要時檢測回路加隔離變壓器或低通濾波器。由于諧波電流的存在，很顯然單相檢測可能導(dǎo)致調(diào)壓器誤調(diào)節(jié)。均方根（RMS）值也叫有效值，采用RMS 檢測，能有效地反應(yīng)出總電流的發(fā)熱能力，比其他檢測方式如平均值等檢測，能更準(zhǔn)確地體現(xiàn)實際電流的效果。

（3）增大發(fā)電機(jī)容量。這是一種目前廣泛采用的行之有效的解決發(fā)電機(jī)組與 UPS 兼容問題的方法。增大容量的實質(zhì)，是通過降低發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻，從而弱化諧波電流的不利影響。注意由于負(fù)載的有功功率并不增大，因此柴油機(jī)功率并不需要放大，而僅選用較大容量的發(fā)電機(jī)，即俗稱的“小馬拉大車”方式。

2.2.2 容性輸入特性

隨著輸入濾波器的應(yīng)用，UPS輸入功率因數(shù)提高，輸入諧波電流失真度（THDI）降低，這是一個很好的改進(jìn)。但是，這種 UPS 在空載或輕載的時候，輸入特性呈容性，且功率因數(shù)非常低，甚至接近于理想的容性負(fù)載，此時發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可能會產(chǎn)生問題。

盡管這種因UPS空載或低載時的容性特性而產(chǎn)生的問題并不必然發(fā)生，在設(shè)計時仍應(yīng)盡可能的避免這種情況的發(fā)生。首先是在 UPS的容量及使用方式選擇上，應(yīng)盡量避免使其工作在空載或低載狀態(tài)；其次，在機(jī)組投入使用時，應(yīng)考慮優(yōu)先投入感性負(fù)載，如空調(diào)等，由于UPS 可由蓄電池維持一段時間，這一點(diǎn)并不難做到。

3 其他需考慮的問題

確定了機(jī)組容量、數(shù)量、運(yùn)行方式、技術(shù)要求等因素后，在設(shè)計階段，還應(yīng)注意以下幾個問題。

（1）集裝箱式數(shù)據(jù)中心一般采用靜音箱式油機(jī)，應(yīng)考慮采用靜音箱對油機(jī)運(yùn)行容量的影響，一般要求不得超過油機(jī)額定容量的5%。

（2）發(fā)電機(jī)組應(yīng)能實現(xiàn)全自動運(yùn)行，即市電故障后自動起動，自動投入，市電恢復(fù)后自動退出。機(jī)組的控制器應(yīng)具備 RS232/485 通訊接口，并采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus 通訊協(xié)議，以便實現(xiàn)第三方集中監(jiān)控。

（3）電池的充電器應(yīng)為全自動均充/浮充充電器，并具備故障報警功能，以方便遠(yuǎn)程監(jiān)控。在寒冷的地區(qū)，通常都應(yīng)配備自動溫控冷卻液加熱器，以使機(jī)組始終保持在適宜的溫度，保證隨時順利起動。

（4）機(jī)組應(yīng)就近布置日用油箱。

4 結(jié)束語

集裝箱式數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機(jī)的選擇關(guān)鍵在于柴油發(fā)電機(jī)與UPS負(fù)載的容量匹配。UPS 與柴油發(fā)電機(jī)容量較為接近時，兩者間匹配問題十分突出，需從 UPS 的運(yùn)行工況、整流方式和柴油發(fā)電機(jī)組的工作方式、勵磁方式、額定功率等方面對柴油發(fā)電機(jī)組和UPS進(jìn)行合理選型，實現(xiàn)兩者間有效的匹配工作，以保證平臺電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠、連續(xù)運(yùn)行。

作者單位

浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司 山東省濟(jì)南市 250022

淺析柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)計:消防電源選擇柴油發(fā)電機(jī)容量的思考

【摘 要】本文討論了消防電源選擇柴油發(fā)電機(jī)容量的一些思考。望有助于今后建筑電氣設(shè)計工作。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)容量；啟動順序

消防電源的備用電源，有很多選擇，在民用建筑二級以上負(fù)荷重要的備用電源選擇中，因為用城市第二獨(dú)立電源的體制關(guān)系，比較麻煩。有時一、二次工程投資很大，得不償失。我們在較多情況下，寧可選用柴油發(fā)電機(jī)作為消防電源的備用電源。反而常常符合安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計原則。而發(fā)電機(jī)容量的選擇就顯得至關(guān)重要，偏小不能滿足使用要求，偏大又不夠合理經(jīng)濟(jì)。本文將從發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)考慮，對合理的選擇發(fā)電機(jī)的容量，提出一些思考。

1. 基本要求

根據(jù)民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范JGJ 16-2008第6.1. 2 條，柴油發(fā)電機(jī)組的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定：

1.1 機(jī)組容量與臺數(shù)應(yīng)根據(jù)應(yīng)急負(fù)荷大小和投入順序以及單臺電動機(jī)最大啟動容量等因素綜合確定。當(dāng)應(yīng)急負(fù)荷較大時，可采用多機(jī)并列運(yùn)行，機(jī)組臺數(shù)宜為2-4臺。當(dāng)受并列條件限制，可實施分區(qū)供電。當(dāng)用電負(fù)荷諧波較大時，應(yīng)考慮其對發(fā)電機(jī)的影響。

1.2 在方案及初步設(shè)計階段，柴油發(fā)電機(jī)容量可按配電變壓器總?cè)萘康?0%一20%進(jìn)行估算。在施工圖設(shè)計階段，可根據(jù)一級負(fù)荷、消防負(fù)荷以及某些重要二級負(fù)荷的容量，按下列方法計算的最大容量確定：

（1）按穩(wěn)定負(fù)荷計算發(fā)電機(jī)容量；

（2）按最大的單臺電動機(jī)或成組電動機(jī)啟動的需要，計算發(fā)電機(jī)容量；

（3）按啟動電動機(jī)時，發(fā)電機(jī)母線允許電壓降計算發(fā)電機(jī)容量。

1.3 當(dāng)有電梯負(fù)荷時，在全電壓啟動最大容量籠型電動機(jī)情況下，發(fā)電機(jī)母線電壓不應(yīng)低于額定電壓的80%；當(dāng)無電梯負(fù)荷時，其母線電壓不應(yīng)低于額定電壓的75%。當(dāng)條件允許時，電動機(jī)可采用降壓啟動方式。

2. 消防負(fù)荷啟動順序

（1）電氣、給排水、通風(fēng)專業(yè)的消防設(shè)施的運(yùn)行均為火災(zāi)現(xiàn)場服務(wù)。火災(zāi)發(fā)生時，因為消防設(shè)備中可能含有大量異步電動機(jī)和消防電梯，若將所有消防設(shè)備同時啟動，必將產(chǎn)生極大的啟動負(fù)荷，以此選擇的發(fā)電機(jī)容量過大而造成浪費(fèi)。所以，將消防設(shè)備按順序啟動，待一組負(fù)荷達(dá)到穩(wěn)態(tài)值時啟動下一組負(fù)荷是比較合適的辦法。

（2）火災(zāi)發(fā)生初期，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等消防用電，發(fā)電機(jī)約為8至20秒啟動后投入發(fā)電用量，首先保證人員疏散。待穩(wěn)定后，啟動水泵、風(fēng)機(jī)等電動機(jī)性質(zhì)的消防設(shè)施才對建筑進(jìn)行自動滅火。

3. 按負(fù)荷啟動順序的影響選擇發(fā)電機(jī)容量

3.1 傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)容量選擇方法過于概括。本文將以較為詳細(xì)的思路介紹發(fā)電機(jī)容量的計算方法：

（1）統(tǒng)計各類二級及以上負(fù)荷，考慮平時一、二級非消防重要負(fù)荷與火災(zāi)時消防負(fù)荷之間的較大者確定發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷類型（后文以消防負(fù)荷為例）；

（2）對各類型負(fù)荷進(jìn)行啟動順序分組，逐一對比；

（3）按最大啟動負(fù)荷啟動條件效驗發(fā)電機(jī)容量。

3.2 下面虛擬某住宅小區(qū)消防負(fù)荷，舉例詳細(xì)說明。請見虛扣統(tǒng)針表（見表1）：

3.3表中，應(yīng)急照明、變配電室、通訊機(jī)房、消防控制中心作為首先啟動的第一組設(shè)備，以保證火災(zāi)時整個消防系統(tǒng)核心設(shè)備正常運(yùn)行以及人員疏散。潛污泵、消防風(fēng)機(jī)、消防水泵等動力設(shè)備作為第二步啟動的設(shè)備。消防電梯可以最后啟動作為第三步啟動的設(shè)備。第一組負(fù)荷達(dá)到穩(wěn)態(tài)時啟動第二組設(shè)備，再次達(dá)到穩(wěn)態(tài)時啟動第三組設(shè)備。

4. 發(fā)電機(jī)容量計算

4.1 計算參數(shù)：

4.2 發(fā)電機(jī)初始狀態(tài)為0；

第一步啟動負(fù)荷啟動時：加載負(fù)荷396KW、啟動負(fù)荷452.5KVA、有效峰值負(fù)荷Lp=396KW、啟動瞬態(tài)總負(fù)荷Lt=396KW、穩(wěn)態(tài)總負(fù)荷Lss=396KW；

第二步啟動負(fù)荷啟動時：加載負(fù)荷131.5KW、啟動負(fù)荷700.5KVA、有效峰值負(fù)荷Lp=131.5KW、啟動瞬態(tài)總負(fù)荷Lt=956.4KW、穩(wěn)態(tài)總負(fù)荷Lss=527.5KW；

第三步啟動負(fù)荷啟動時：加載負(fù)荷120KW、啟動負(fù)荷400KVA、有效峰值負(fù)荷Lp=300KW、啟動瞬態(tài)總負(fù)荷Lt=847.5KW、穩(wěn)態(tài)總負(fù)荷Lss=647.5KW；

滿足每次加載最大負(fù)荷運(yùn)行需要發(fā)電機(jī)容量，LA=Lp/（η*Ps）=733KW

滿足穩(wěn)態(tài)總負(fù)載運(yùn)行時需要發(fā)電機(jī)容量，LB=Lss/η=736KW

滿足啟動瞬態(tài)最大總負(fù)載運(yùn)行需要發(fā)電機(jī)容量，LC=Lt/（η*（1+Po））=977KW

滿負(fù)荷運(yùn)行預(yù)留量，Pa=20%

發(fā)電機(jī)最小選擇容量：Pe=LC=977KW

查產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)選擇1臺1400KVA容量發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)功率Re 1120KW 發(fā)電機(jī)容量Ra 1400KVA

滿足穩(wěn)態(tài)滿負(fù)荷運(yùn)行時20%預(yù)留量。

校驗：最大啟動負(fù)荷時負(fù)荷（即第一步已加載負(fù)荷加第二步啟動瞬態(tài)負(fù)荷）為1153KVA，取1.2可靠系數(shù)，則：

1400KVA>1384KVA 所選機(jī)組滿足要求。

5. 結(jié)論

發(fā)電機(jī)容量選擇應(yīng)先對發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，對每一步驟需要的發(fā)電機(jī)容量最小值進(jìn)行計算并對照，從而更準(zhǔn)確的選擇發(fā)電機(jī)容量。