</script>柴油發電機是內燃發電機的一種,它以柴油為一次能源,柴油機為原動機,它有如下幾個特點:

① 燃料價格便宜,容易保存;

② 構造簡單,輔助設備少;

③ 起動迅速,帶負荷和停機的動作時間短;

④ 操作維護簡單、方便。

正是因為上述特點,柴油發電機在數據中心的使用範圍也越來越廣泛。隨著數據中心機房規模的逐步擴大,高級別配電係統的數據中心機房也在成比例的增加,由於A級機房要求供電係統不能中斷,所以,在規模較大的數據中心機房,數台甚至十幾台柴油發電機並列運行的情況越來越多。在市電中斷時,除在最快的時間內能自起動外,還應該最大限度的滿足應急負荷的起動及供電容量的要求,若容量選擇小,電動機起動時電壓降過大。容量選得過大,則運行經濟效益差。那麽,該如何選擇單台柴油發電機的容量呢?選用幾台柴油發電機並列才能既滿足係統的應急要求,又不造成容量的浪費呢?

　　1  柴油發電機的功率

(1) 持續功率(COP)(恒定負荷持續運行)

COP為在商定的運行條件下並按照製造商的規定進行維護保養,機組以恒定負載持續運行,且每年運行時間不受限製的最大功率。

(2) 基本功率(PRP)(變負荷持續運行)

PRP為在商定的運行條件下並按照製造商的規定進行維護保養,機組以可變負載持續運行,且每年運行時間不受限製的最大功率。

(3) 限時運行功率(LTP)

LTP為在商定的運行條件下並按照製造商的規定進行維護保養,機組每年運行時間可達500h的最大功率。

(4) 應急備用功率(ESP)

(變負荷限時運行)ESP為在商定的運行條件下並按照製造商的規定進行維護保養,在市電中斷或在試驗條件下,機組以可變負載運行且每年運行時間可達200h的最大功率。

數據中心機房的應急柴油發電機性能等級不應低於G3級;A級數據中心發電機組應按照基本功率(PRP)選擇;B級數據中心發電機組的輸出功率可按照限時運行功率(LTP)來選擇。

　　2 選擇柴油發電機的必要條件

選擇柴油發電機的必要條件如下:

(1) 安裝現場的環境溫度、濕度和海拔高度

當使用環境的溫濕度和海拔高度超過發電機的額定值時,發電機需要降容使用;

(2) 柴油發電機供電負荷總容量

需要所有柴油發電機供電負荷的容量數據,包括裝機容量、負荷係數、功率因數等。電動機負荷還要給出台數、效率、起動電流倍數等參數;

(3) 起動順序

①按照負荷的重要性分出起動的先後順序;

②按照負荷大小及起動電流大小,同樣重要的電動機容量大、起動電流大的優先。

③係統允許的電壓降,常用電氣設備端子的電壓偏差允許值見表1。

電動機起動時,其端子電壓應能保證被拖動機械要求的起動轉矩,且在起動時,配電母線上的電壓應符合下列要求:

·電動機不頻繁起動時,不宜低於標稱電壓的85%(數據中心機房在柴油發電機供電時,電動機屬於不頻繁起動的情況);

·配電母線上未接照明或其他對電壓下降敏感的負荷時,不應低於標稱電壓的80%;

·配電母線上隻有電動機時,可按照保證電動機起動轉矩的條件決定;對於低壓電動機,還應保證接觸器線圈電壓不低於釋放電壓(從產品樣本中可以查到,查不到樣本時,可按照70%考慮)。

3 柴油發電機的容量選擇和計算

(1) 計算全部應急負荷的容量式中,

SG1——按所供全部應急負荷計算的發電機容量,kVA;PSZ——事故照明負荷,kW;ηSZ——事故照明負荷的效率;tgφSZ——事故照明負荷功率因數角的正切值;

PM——電動機的額定容量,kW;ηM——電動機的額定效率,通常可以取0.8～0.9,或由產品樣本中查得;tgφM——電動機功率因數角的正切值;K——需要係數,在數據中心機房應急情況下取1。

(2) 考慮發電機過負荷能力的計算式中

SG2——按滿足需要起動的大容量電動機起動時計算的發電機容量,kVA;

P0——PMmax投運前已投入運行的負荷容量,kVA;

cosφ0——P0負荷的功率因數;

sinφ0——P0負荷的功率因素角的正弦值;

PMmax——投入的最大容量電動機的額定容量,kW;

cosφMmax——最大容量電動機的起動功率因數;

sinφMmax——最大容量電動機的起動功率因數角的正弦值;

KG——發電機的過負荷倍數,一般可取1.5;

β'——相當於PMmax電動機起動時的kVA值與電動機額定容量kW值之比;

β'=β/ηmn×cosφmn

上式中,β——電動機的起動電流倍數;

ηmn——最大容量電動機的效率;

cosφmn——最大容量電動機的功率因數;

Kq——起動電流倍數,詳見表2。

(3)按起動時允許電壓降計算

式中,SG3——滿足大容量電動機起動時允許電壓降計算的發電機容量,kVA;

Xd——發電機的電抗,為發電機暫態電抗X'd和次暫態電抗X''d的算術平均值,即Xd=(X'd+X''d)/2,當查不到產品樣本時,Xd一般可取0.15～0.3;

ΔU——起動時母線允許的電壓降,一般可取0.25～0.3V;

按照前麵三種要求算出柴油發電機容量後,如果SG2、SG3比SG1大的較多,則說明電動機的起動方式需要進行適當的改變。在選擇柴油發電機容量的時候,需要分析是電動機降壓起動選擇小容量發電機組,還是電動機直接起動選擇較大容量發電機組,應該根據綜合技術經濟比較來確定。

　　4 數據中心機房柴油發電機選擇實例

某數據中心機房負荷見表3。

其中動力負荷當中,製冷主機功率為340.2kW(容量最大電動機),水泵為45kW,均為三用一備,柴油發電機的單台容量及台數選擇計算如下:

(1) 總的應急負荷計算

從上述計算當中可以發現,此處的柴油發電機總容量已經超過了2500kW,所以其電壓等級應為10.5kV。從負荷計算表中不難發現,2層與3、4層機房的機櫃用電量接近,所以可以把動力負荷與機房UPS負荷分為兩個容量接近的部分,然後計算單台柴油發電機的容量。

(2 )按照發電機過負荷能力選擇的計算

起動時柴油發電機1所帶負荷:2層機房負荷+2層動力負荷+兩台冷水機組+兩台水泵=1669.64kW，起動時柴油發電機2所帶負荷:3、4層機房負荷+3、4層動力負荷+一台冷水機組+一台水泵+插座=1540.27kW

可以看出,柴油發電機1所帶負荷大容量電動機台數多,所以,可以根據柴油發電機1的計算結果確定單台柴油發電機的容量,計算結果如下:

從上述計算可以看出,在冷凍機采用軟起動方式,起動係數為3時,單台柴油發電機的容量可以選擇2000kW。

(3)按照母線允許的電壓降計算

綜上所述,本例當中的柴油發電機采用10.5kV,2000kW柴油發電機並機方式或者采用單母線分段接線方式。

　　5 結束語

數據中心機房柴油發電機係統多使用柴油發電機並機運行的方式,所以在計算柴油發電機容量的時候,需要先對由柴油發電機所帶負荷進行合理的分組,根據分組容量計算單台容量,再確定台數,經多方麵比較後確定一個既保證係統可靠穩定,又保證良好經濟效益的方案。

　　作者簡介

寧文宣,1988年畢業於天津工業大學工業電氣自動化係,畢業後一直從事電氣專業設計工作,曾擔任過許多大型項目的專業負責人,在電氣專業領域有自己獨到的見解和領悟,並在2005年榮獲石油勘查設計協會頒發的優秀設計獎。2012年進入中國建築技術集團公司從事數據機房的設計及項目管理工作。

編輯：Harris

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