數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中柴油發(fā)電機(jī)組的選擇分析

張一

摘要：在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)中，電力保障系統(tǒng)尤為重要，而作為電力保障的重要組成環(huán)節(jié)，選取合適的柴油發(fā)電機(jī)組，對(duì)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)具有重要意義。柴油發(fā)電機(jī)組的技術(shù)指標(biāo)、負(fù)載的性質(zhì)以及穩(wěn)定性安全性，等都是需要考慮的重要因素。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心;設(shè)計(jì);柴油發(fā)電機(jī)組

1性能等級(jí)的分析

在數(shù)據(jù)中心，不同的用電設(shè)備對(duì)供電系統(tǒng)的要求各不相同。有些對(duì)供電系統(tǒng)的要求較低，而有些則有特殊的要求。根據(jù)不同的要求劃分了四個(gè)等級(jí)，數(shù)據(jù)中心用電設(shè)備（負(fù)載）大部分都是IT負(fù)載，其電源主要由UPs提供。為了滿足這類負(fù)載的用電要求，要特別注意選擇合適的柴油發(fā)電機(jī)組，要選擇至G3級(jí)別。

2發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)方式

發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)方式分為電動(dòng)驅(qū)動(dòng)與直接驅(qū)動(dòng)兩種方式，從原理上講都是可行的。但是在工程實(shí)踐中，如不加以說(shuō)明，會(huì)由于采購(gòu)產(chǎn)品的不同而對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)造成影響。柴油發(fā)電機(jī)組風(fēng)扇直接驅(qū)動(dòng)功率和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率如圖1所示。

3有關(guān)0.4kV機(jī)組與10kV機(jī)組的選擇

數(shù)據(jù)中心可供選擇的柴油發(fā)電機(jī)組有兩種，一種是低壓機(jī)組，另一種是中壓機(jī)組。低壓機(jī)組的額定電壓為0.4kV，中壓機(jī)組的額定電壓為10kV。這兩種功率的機(jī)組各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行選擇時(shí)要按照實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行選擇。低壓機(jī)組的電流較大，造價(jià)相對(duì)較低，而且不需要單獨(dú)再進(jìn)行接地裝置的設(shè)計(jì)，這種機(jī)組比較適合于單機(jī)系統(tǒng)或者小容量的并聯(lián)系統(tǒng)。而中壓機(jī)組的電流較小，造價(jià)相對(duì)于低壓機(jī)組較貴，還需要設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)。但是它能滿足大容量并機(jī)系統(tǒng)的需求。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇時(shí)，要根據(jù)預(yù)期的容量大小和財(cái)務(wù)狀況進(jìn)行合理的選擇，既能滿足所需，又不會(huì)造成浪費(fèi)。

4突加負(fù)載能力分析

圖2展示的是在正常的使用過(guò)程中，當(dāng)對(duì)發(fā)電機(jī)增加一倍的負(fù)載時(shí)電壓、頻率隨時(shí)間的變化曲線。從圖2可見，各項(xiàng)偏差越小越好、各項(xiàng)恢復(fù)時(shí)間越短越好，即柴油發(fā)電機(jī)組的突加負(fù)載能力對(duì)于整個(gè)配電系統(tǒng)性能都有重要影響。

5與后端負(fù)載的配合

數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷一般分為兩類，一類是以IT負(fù)載為代表的容性負(fù)載，另一類是以空調(diào)負(fù)載為代表的感性負(fù)載。這兩類負(fù)載的電壓和電流情況有所不同。前者電流超前于電壓，后者電壓超前于電流。由于UPs諧波電流的存在，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的損耗明顯增加，這使得發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性下降，而不穩(wěn)定性會(huì)反饋于UPs，從而造成UPs旁路輸入的頻率超過(guò)允許范圍，造成不同步報(bào)警，整流器的輸入電壓穩(wěn)定性下降。

6柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)啟動(dòng)方式

6.1柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)的兩種常見啟動(dòng)方式

6.1.1原廠并機(jī)啟動(dòng)方式

當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組控制屏和并車主控制屏處于自動(dòng)模式時(shí)，一旦兩路正常電源發(fā)生故障，在收到啟動(dòng)信號(hào)10s內(nèi)，各臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組將同時(shí)自行啟動(dòng)，最先建立電壓和頻率的機(jī)組首先自動(dòng)投入到母線，其余機(jī)組參照母線上電流電壓依次同期并聯(lián)運(yùn)行，然后通過(guò)輸出開關(guān)柜為所連接的負(fù)載提供應(yīng)急電源。柴油發(fā)電機(jī)主控制屏配備報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)故障時(shí)自動(dòng)停機(jī)、卸載。當(dāng)正常電源恢復(fù)供電時(shí)，關(guān)閉發(fā)電機(jī)，復(fù)位到待機(jī)狀態(tài)，直至下一次電源故障時(shí)再啟動(dòng)。當(dāng)正常電源恢復(fù)后，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)可調(diào)整的時(shí)間延遲，自動(dòng)將所有負(fù)荷切換回正常電源。發(fā)電機(jī)斷路器同時(shí)斷開，柴油機(jī)將在無(wú)負(fù)載情況下運(yùn)行0-30min，時(shí)間可以通過(guò)控制屏調(diào)節(jié)。控制屏自動(dòng)復(fù)位到待機(jī)狀態(tài)。

6.1.2第三方并機(jī)啟動(dòng)方式

第三方并機(jī)啟動(dòng)方式與原廠并機(jī)啟動(dòng)方式存在很大的差異。在實(shí)際操作中，如若兩個(gè)控制屏都在自動(dòng)模式狀態(tài)下，且兩條線路的電源都出現(xiàn)了問(wèn)題，啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出10s內(nèi)，發(fā)電機(jī)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，第一臺(tái)建立穩(wěn)定的頻率和電壓，通過(guò)應(yīng)急母線和斷路器進(jìn)行連接，在第一臺(tái)完成連接之后，第二臺(tái)再自動(dòng)進(jìn)行與主母線的并聯(lián)。直到所有的都與母線進(jìn)行連接，共同承擔(dān)系統(tǒng)的負(fù)載。

6.2兩種啟動(dòng)方式的選擇

以10臺(tái)10kV機(jī)組并機(jī)為例，原廠并機(jī)系統(tǒng)20s可完成整組完全啟動(dòng)投入負(fù)載，第三方并機(jī)系統(tǒng)由于要等機(jī)組順序啟動(dòng)，往往要60s左右才能完成，最不利情況甚至達(dá)到100s。因此，對(duì)于同組并機(jī)臺(tái)數(shù)較多且業(yè)主對(duì)工程可靠性要求很高時(shí)，建議采用原廠并機(jī)系統(tǒng)。但是從經(jīng)濟(jì)性方面比較，原廠并機(jī)系統(tǒng)除某些機(jī)組自帶原廠啟動(dòng)模塊外，一般需在每臺(tái)機(jī)組加裝該模塊，模塊價(jià)格在6萬(wàn)元-10萬(wàn)元/臺(tái)。當(dāng)同組并機(jī)柴油發(fā)電機(jī)組大于3臺(tái)時(shí)，原廠并機(jī)系統(tǒng)造價(jià)大于第三方系統(tǒng)。第三方并機(jī)系統(tǒng)適用于業(yè)主對(duì)投資比較敏感，且對(duì)工程可靠性的要求不太嚴(yán)格的工程。

7環(huán)境要求

7.1選址

柴油發(fā)電機(jī)的安裝位置也是需要考慮的一個(gè)方向。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，目前絕大多數(shù)的發(fā)電機(jī)都選擇在建筑物的地下室。采取這種方式，可以有效的增加地上建筑物的使用面積，但對(duì)于機(jī)組的設(shè)置應(yīng)該有更多的考慮。一般的民用建筑如住宅樓等為了保證建筑的安全，一般會(huì)將柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置為電梯、消防電源等一級(jí)負(fù)荷的后備電源。這樣的后備電源不需要太多的機(jī)組，一般設(shè)置一臺(tái)到兩臺(tái)就足夠使用。然而對(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，機(jī)組較多，其選址就應(yīng)該慎重考慮。一般中小型數(shù)據(jù)中心可以選擇建筑物首層，大型數(shù)據(jù)中心可以建設(shè)獨(dú)立的動(dòng)力中心，將發(fā)電機(jī)集中放置。

7.2排放物及噪音

對(duì)于大中型數(shù)據(jù)中心，由于其保障容量大，所以柴油發(fā)電機(jī)組的數(shù)量也相對(duì)可觀，其對(duì)空氣的污染以及機(jī)組運(yùn)行噪聲自然也備受關(guān)注。

8結(jié)語(yǔ)

總之，在進(jìn)行機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)有很多需要考慮的地方，對(duì)于每一個(gè)因素都應(yīng)該慎重考慮，設(shè)計(jì)出穩(wěn)定性和安全性較高的數(shù)據(jù)中心機(jī)組設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

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