</script>柴油發(fā)電機(jī)是內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的一種,它以柴油為一次能源,柴油機(jī)為原動(dòng)機(jī),它有如下幾個(gè)特點(diǎn):

① 燃料價(jià)格便宜,容易保存;

② 構(gòu)造簡(jiǎn)單,輔助設(shè)備少;

③ 起動(dòng)迅速,帶負(fù)荷和停機(jī)的動(dòng)作時(shí)間短;

④ 操作維護(hù)簡(jiǎn)單、方便。

正是因?yàn)樯鲜鎏攸c(diǎn),柴油發(fā)電機(jī)在數(shù)據(jù)中心的使用范圍也越來越廣泛。隨著數(shù)據(jù)中心機(jī)房規(guī)模的逐步擴(kuò)大,高級(jí)別配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房也在成比例的增加,由于A級(jí)機(jī)房要求供電系統(tǒng)不能中斷,所以,在規(guī)模較大的數(shù)據(jù)中心機(jī)房,數(shù)臺(tái)甚至十幾臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的情況越來越多。在市電中斷時(shí),除在最快的時(shí)間內(nèi)能自起動(dòng)外,還應(yīng)該最大限度的滿足應(yīng)急負(fù)荷的起動(dòng)及供電容量的要求,若容量選擇小,電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電壓降過大。容量選得過大,則運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益差。那么,該如何選擇單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的容量呢?選用幾臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)并列才能既滿足系統(tǒng)的應(yīng)急要求,又不造成容量的浪費(fèi)呢?

　　1  柴油發(fā)電機(jī)的功率

(1) 持續(xù)功率(COP)(恒定負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行)

COP為在商定的運(yùn)行條件下并按照制造商的規(guī)定進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),機(jī)組以恒定負(fù)載持續(xù)運(yùn)行,且每年運(yùn)行時(shí)間不受限制的最大功率。

(2) 基本功率(PRP)(變負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行)

PRP為在商定的運(yùn)行條件下并按照制造商的規(guī)定進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),機(jī)組以可變負(fù)載持續(xù)運(yùn)行,且每年運(yùn)行時(shí)間不受限制的最大功率。

(3) 限時(shí)運(yùn)行功率(LTP)

LTP為在商定的運(yùn)行條件下并按照制造商的規(guī)定進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),機(jī)組每年運(yùn)行時(shí)間可達(dá)500h的最大功率。

(4) 應(yīng)急備用功率(ESP)

(變負(fù)荷限時(shí)運(yùn)行)ESP為在商定的運(yùn)行條件下并按照制造商的規(guī)定進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),在市電中斷或在試驗(yàn)條件下,機(jī)組以可變負(fù)載運(yùn)行且每年運(yùn)行時(shí)間可達(dá)200h的最大功率。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)性能等級(jí)不應(yīng)低于G3級(jí);A級(jí)數(shù)據(jù)中心發(fā)電機(jī)組應(yīng)按照基本功率(PRP)選擇;B級(jí)數(shù)據(jù)中心發(fā)電機(jī)組的輸出功率可按照限時(shí)運(yùn)行功率(LTP)來選擇。

　　2 選擇柴油發(fā)電機(jī)的必要條件

選擇柴油發(fā)電機(jī)的必要條件如下:

(1) 安裝現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度、濕度和海拔高度

當(dāng)使用環(huán)境的溫濕度和海拔高度超過發(fā)電機(jī)的額定值時(shí),發(fā)電機(jī)需要降容使用;

(2) 柴油發(fā)電機(jī)供電負(fù)荷總?cè)萘?/p>

需要所有柴油發(fā)電機(jī)供電負(fù)荷的容量數(shù)據(jù),包括裝機(jī)容量、負(fù)荷系數(shù)、功率因數(shù)等。電動(dòng)機(jī)負(fù)荷還要給出臺(tái)數(shù)、效率、起動(dòng)電流倍數(shù)等參數(shù);

(3) 起動(dòng)順序

①按照負(fù)荷的重要性分出起動(dòng)的先后順序;

②按照負(fù)荷大小及起動(dòng)電流大小,同樣重要的電動(dòng)機(jī)容量大、起動(dòng)電流大的優(yōu)先。

③系統(tǒng)允許的電壓降,常用電氣設(shè)備端子的電壓偏差允許值見表1。

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),其端子電壓應(yīng)能保證被拖動(dòng)機(jī)械要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,且在起動(dòng)時(shí),配電母線上的電壓應(yīng)符合下列要求:

·電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí),不宜低于標(biāo)稱電壓的85%(數(shù)據(jù)中心機(jī)房在柴油發(fā)電機(jī)供電時(shí),電動(dòng)機(jī)屬于不頻繁起動(dòng)的情況);

·配電母線上未接照明或其他對(duì)電壓下降敏感的負(fù)荷時(shí),不應(yīng)低于標(biāo)稱電壓的80%;

·配電母線上只有電動(dòng)機(jī)時(shí),可按照保證電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的條件決定;對(duì)于低壓電動(dòng)機(jī),還應(yīng)保證接觸器線圈電壓不低于釋放電壓(從產(chǎn)品樣本中可以查到,查不到樣本時(shí),可按照70%考慮)。

3 柴油發(fā)電機(jī)的容量選擇和計(jì)算

(1) 計(jì)算全部應(yīng)急負(fù)荷的容量式中,

SG1——按所供全部應(yīng)急負(fù)荷計(jì)算的發(fā)電機(jī)容量,kVA;PSZ——事故照明負(fù)荷,kW;ηSZ——事故照明負(fù)荷的效率;tgφSZ——事故照明負(fù)荷功率因數(shù)角的正切值;

PM——電動(dòng)機(jī)的額定容量,kW;ηM——電動(dòng)機(jī)的額定效率,通?？梢匀?.8～0.9,或由產(chǎn)品樣本中查得;tgφM——電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)角的正切值;K——需要系數(shù),在數(shù)據(jù)中心機(jī)房應(yīng)急情況下取1。

(2) 考慮發(fā)電機(jī)過負(fù)荷能力的計(jì)算式中

SG2——按滿足需要起動(dòng)的大容量電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)計(jì)算的發(fā)電機(jī)容量,kVA;

P0——PMmax投運(yùn)前已投入運(yùn)行的負(fù)荷容量,kVA;

cosφ0——P0負(fù)荷的功率因數(shù);

sinφ0——P0負(fù)荷的功率因素角的正弦值;

PMmax——投入的最大容量電動(dòng)機(jī)的額定容量,kW;

cosφMmax——最大容量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)功率因數(shù);

sinφMmax——最大容量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)功率因數(shù)角的正弦值;

KG——發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷倍數(shù),一般可取1.5;

β'——相當(dāng)于PMmax電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的kVA值與電動(dòng)機(jī)額定容量kW值之比;

β'=β/ηmn×cosφmn

上式中,β——電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù);

ηmn——最大容量電動(dòng)機(jī)的效率;

cosφmn——最大容量電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù);

Kq——起動(dòng)電流倍數(shù),詳見表2。

(3)按起動(dòng)時(shí)允許電壓降計(jì)算

式中,SG3——滿足大容量電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)允許電壓降計(jì)算的發(fā)電機(jī)容量,kVA;

Xd——發(fā)電機(jī)的電抗,為發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗X'd和次暫態(tài)電抗X''d的算術(shù)平均值,即Xd=(X'd+X''d)/2,當(dāng)查不到產(chǎn)品樣本時(shí),Xd一般可取0.15～0.3;

ΔU——起動(dòng)時(shí)母線允許的電壓降,一般可取0.25～0.3V;

按照前面三種要求算出柴油發(fā)電機(jī)容量后,如果SG2、SG3比SG1大的較多,則說明電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖?。在選擇柴油發(fā)電機(jī)容量的時(shí)候,需要分析是電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)選擇小容量發(fā)電機(jī)組,還是電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)選擇較大容量發(fā)電機(jī)組,應(yīng)該根據(jù)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定。

　　4 數(shù)據(jù)中心機(jī)房柴油發(fā)電機(jī)選擇實(shí)例

某數(shù)據(jù)中心機(jī)房負(fù)荷見表3。

其中動(dòng)力負(fù)荷當(dāng)中,制冷主機(jī)功率為340.2kW(容量最大電動(dòng)機(jī)),水泵為45kW,均為三用一備,柴油發(fā)電機(jī)的單臺(tái)容量及臺(tái)數(shù)選擇計(jì)算如下:

(1) 總的應(yīng)急負(fù)荷計(jì)算

從上述計(jì)算當(dāng)中可以發(fā)現(xiàn),此處的柴油發(fā)電機(jī)總?cè)萘恳呀?jīng)超過了2500kW,所以其電壓等級(jí)應(yīng)為10.5kV。從負(fù)荷計(jì)算表中不難發(fā)現(xiàn),2層與3、4層機(jī)房的機(jī)柜用電量接近,所以可以把動(dòng)力負(fù)荷與機(jī)房UPS負(fù)荷分為兩個(gè)容量接近的部分,然后計(jì)算單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的容量。

(2 )按照發(fā)電機(jī)過負(fù)荷能力選擇的計(jì)算

起動(dòng)時(shí)柴油發(fā)電機(jī)1所帶負(fù)荷:2層機(jī)房負(fù)荷+2層動(dòng)力負(fù)荷+兩臺(tái)冷水機(jī)組+兩臺(tái)水泵=1669.64kW，起動(dòng)時(shí)柴油發(fā)電機(jī)2所帶負(fù)荷:3、4層機(jī)房負(fù)荷+3、4層動(dòng)力負(fù)荷+一臺(tái)冷水機(jī)組+一臺(tái)水泵+插座=1540.27kW

可以看出,柴油發(fā)電機(jī)1所帶負(fù)荷大容量電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)多,所以,可以根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)1的計(jì)算結(jié)果確定單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的容量,計(jì)算結(jié)果如下:

從上述計(jì)算可以看出,在冷凍機(jī)采用軟起動(dòng)方式,起動(dòng)系數(shù)為3時(shí),單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的容量可以選擇2000kW。

(3)按照母線允許的電壓降計(jì)算

綜上所述,本例當(dāng)中的柴油發(fā)電機(jī)采用10.5kV,2000kW柴油發(fā)電機(jī)并機(jī)方式或者采用單母線分段接線方式。

　　5 結(jié)束語

數(shù)據(jù)中心機(jī)房柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)多使用柴油發(fā)電機(jī)并機(jī)運(yùn)行的方式,所以在計(jì)算柴油發(fā)電機(jī)容量的時(shí)候,需要先對(duì)由柴油發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷進(jìn)行合理的分組,根據(jù)分組容量計(jì)算單臺(tái)容量,再確定臺(tái)數(shù),經(jīng)多方面比較后確定一個(gè)既保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定,又保證良好經(jīng)濟(jì)效益的方案。

　　作者簡(jiǎn)介

寧文宣,1988年畢業(yè)于天津工業(yè)大學(xué)工業(yè)電氣自動(dòng)化系,畢業(yè)后一直從事電氣專業(yè)設(shè)計(jì)工作,曾擔(dān)任過許多大型項(xiàng)目的專業(yè)負(fù)責(zé)人,在電氣專業(yè)領(lǐng)域有自己獨(dú)到的見解和領(lǐng)悟,并在2005年榮獲石油勘查設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)頒發(fā)的優(yōu)秀設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。2012年進(jìn)入中國建筑技術(shù)集團(tuán)公司從事數(shù)據(jù)機(jī)房的設(shè)計(jì)及項(xiàng)目管理工作。

編輯：Harris

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