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新聞主題 |
柴油發(fā)電機組選型原則、設置要求和容量計算 |
摘要∶柴油發(fā)電機組的功率選擇一直是困擾發(fā)電設備購買(mǎi)者的難題，買(mǎi)大了經(jīng)濟不劃算造成了資金浪費，買(mǎi)小了帶不起負載更是得不償失。因此，如何抉擇適合自己用電需求的供電裝置成了購置前必須研究的課題。特別是對于第一次購買(mǎi)發(fā)電機組的用戶(hù)，在選購發(fā)電機組上有什么標準或者說(shuō)基礎配置是不清楚的，現在我們就拿柴油發(fā)電機組來(lái)說(shuō)，它的選購標準包含了外觀(guān)要求、絕緣電阻和絕緣強度、相序要求、柴油發(fā)電機維持準備運行狀態(tài)要求、自動(dòng)啟動(dòng)供電和自動(dòng)停機的可靠性檢查、自動(dòng)啟動(dòng)成功率等方面的標準?？得魉构就ㄟ^(guò)分析數據中心用電負荷的特點(diǎn)及柴油發(fā)電機組功率特性以及相關(guān)規范的研究，提出了數據中心柴油發(fā)電機組選型原則、功率確定方法以及計算公式。
一、柴發(fā)的容量確定
針對數據中心的柴油發(fā)電機組應用特點(diǎn)，康明斯公司可以從設計階段開(kāi)始，就做出針對性的安排，以在經(jīng)濟合理的前提下，最大程度地提高其可靠性。圖1是數據中心室內機型應用案例，圖2是數據中心室外靜音機型應用案例。
1、柴發(fā)額定容量的選確定
（1）綜合考慮因素
在選購柴油發(fā)電機組時(shí)應充分考慮柴油發(fā)電機組的綜合性能和經(jīng)濟指標，供應商的敬業(yè)精神、地理位置和實(shí)際專(zhuān)業(yè)程度，供應商是否具備售后服務(wù)手段，如搶修車(chē)、專(zhuān)用機具等。然后再考慮所選發(fā)電機組功率與用電負荷功率是否匹配。
（2）向供應商咨詢(xún)
一般以柴油發(fā)電機組額定功率ｘ0.8=用電設備功率來(lái)選定發(fā)電機組功率為好。若有大中型電動(dòng)機則還需考慮 2~5倍的起動(dòng)電流。若發(fā)電機組主要用于對UPS充電，則必須根據UPS的實(shí)際情況作一次專(zhuān)業(yè)咨詢(xún)，然后再決定發(fā)電機額定功率。
（3）按實(shí)際用電需求
按柴油發(fā)電機組長(cháng)期持續運行輸出功率能滿(mǎn)足全工程大計算負荷選擇，并應根據負荷的重要性確定發(fā)電機組備用發(fā)電機組容量。柴油機持續進(jìn)行的輸出功率，一般為標定功率的0.9倍。
（4）功率不夠數量來(lái)湊
常用柴油發(fā)電機組臺數的設置通常為2臺以上，以保證供電的連續性及適應用電負荷曲線(xiàn)的變化。發(fā)電機組臺數多，才可以根據用電負荷的變化確定投入發(fā)電機組的進(jìn)行臺數，使柴油機經(jīng)常是在經(jīng)濟負荷下運行，以減少燃油消耗率，降低發(fā)電成本。柴油機的佳經(jīng)濟運行狀態(tài)是在標定功率的75%-90%之間。為保證供電的連續性，常用發(fā)電機組本身應考慮設置備用發(fā)電機組，當進(jìn)行發(fā)電機組故障檢修或停機檢查時(shí)，使發(fā)電機組仍然能夠滿(mǎn)足對重要用電負荷不間斷地持續供電。
2、功率計算方式
最基本的方法就是計算全部應急負荷的容量，公式如下：
SYJ=√(PSZ/ηSZ+∑PM/ηM×K)2+(PSZ/ηSZ×tgφSZ+∑PM/ηM×tgφM×K)2
式中：SYJ——按所供全部應急負荷計算的發(fā)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(dòng)機的額定容量，kW；
ηM——.電動(dòng)機的額定效率，通?？梢匀?.8~0.9，或由產(chǎn)品樣本中查得；
tgφM——電動(dòng)機功率因數角的正切值；
K——需要系數，在數據中心機房應急情況下取1。
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圖1 數據中心室內機型應用案例 |
圖2 數據中心室外靜音機型應用案例 |
二、諧波和容性負載對柴發(fā)的影響
柴油發(fā)電機組所帶負載中，如果非線(xiàn)性負載小于其額定功率的25%時(shí)，可以不必特別考慮其影響。而內以數據中心內以UPS為主的非線(xiàn)性負載，已經(jīng)占到了發(fā)電機組額定功率的40%甚至更高，因此在設計柴油發(fā)電機組時(shí)，必須充分考慮UPS的因素。UPS對柴油發(fā)電機組的影響主要體現在兩方面∶
1、諧波
盡管現在的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)電機組供電時(shí)，因其容量遠小于市電，相對而言存在比較大的內阻，當UPS整流器的諧波電流注入到同步發(fā)電機定于繞組中時(shí)，會(huì )使交流輸出電壓產(chǎn)生畸變。這種畸變嚴重時(shí)就可能影響發(fā)電機組本身，如調壓系統和/或控制系統的正常工作、定子線(xiàn)圈的過(guò)熱等，也可能影響其后續設備如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，在發(fā)電機組的選擇上，可采取的相應措施包括∶
① 勵磁系統選用
發(fā)電機勵磁系統采用永磁勵磁，以保證調壓器供電的穩定。采用永磁勵磁，保證了調壓器的電源與發(fā)電機負載無(wú)關(guān)，可以有效地避免因諧波電流對主磁場(chǎng)的擾動(dòng)而對調壓器的電源供應產(chǎn)生的不利影響。
② 調壓器選用
調壓器必須采用三相均方根（RMS）檢測輸出電壓，必要時(shí)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致調壓器誤調節。均方根（RMS）值也叫有效值，采用RMS檢測，能有效地反應出總電流的發(fā)熱能力，比其他檢測方式如平均值等檢測，能更準確地體現實(shí)際電流的效果。
③ 增大發(fā)電機容量
這是一種目前廣泛采用的行之有效的解決發(fā)電機組與UPS兼容問(wèn)題的方法。增大容量的實(shí)質(zhì)，是通過(guò)降低發(fā)電機的內阻，從而弱化諧波電流的不利影響。注意由于負載的有功功率并不增大，因此柴柴發(fā)功率并不需要放大，而僅選用較大容量的發(fā)電機，即俗稱(chēng)的“小馬拉大車(chē)”方式。
2、容性輸入特性
隨著(zhù)輸入濾波器的應用，UPS輸入功率因數提高，輸入諧波電流失真度（THDI）降低，這是一個(gè)很好的改進(jìn)。但是，這種UPS在空載或輕載的時(shí)候，輸入特性呈容性，且功率因數非常低，甚至接近于理想的容性負載，此時(shí)發(fā)電機組的運行可能會(huì )產(chǎn)生問(wèn)題。
盡管這種因UPS空載或低載時(shí)的容性特性而產(chǎn)生的問(wèn)題并不必然發(fā)生，在設計時(shí)仍應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，應盡量避免使其工作在空載或低載狀態(tài)；其次，在發(fā)電機組投入使用時(shí)，應考慮優(yōu)先投入感性負載，如空調等，由于UPS可由蓄電池維持一段時(shí)間，這一點(diǎn)并不難做到。
三、柴發(fā)選型要求和原則
1、基本功能性要求
（1）接自控或遙控的啟動(dòng)指令后，柴油發(fā)電應能自動(dòng)啟動(dòng)
（2）發(fā)電機組自動(dòng)啟動(dòng)后第3次失敗時(shí)，應發(fā)出啟動(dòng)失敗信號，設有備用發(fā)電機組時(shí)，程序啟動(dòng)系統應能自動(dòng)地將啟動(dòng)指令傳遞給另一臺備用發(fā)電機組。
（3）從自動(dòng)啟動(dòng)指令發(fā)出至向負載供電的時(shí)間應不超過(guò)3min。
（4）柴油發(fā)電機自動(dòng)啟動(dòng)成功后，首次加載量應不低于50%標定負載。
（5）接自控或遙控的停機指令后，發(fā)電機組應自動(dòng)停機，對于市電電網(wǎng)并用的備用發(fā)電機組，當電網(wǎng)恢復正常后，柴油發(fā)電機應能自動(dòng)切換或自動(dòng)停機，其停機方式停機延遲時(shí)間應符合產(chǎn)品技術(shù)條件規定。
2、選型原則
（1）安裝現場(chǎng)的環(huán)境溫度、濕度和海拔高度，當使用環(huán)境的溫濕度和海拔高度超過(guò)發(fā)電機的額定值時(shí)，發(fā)電機需要降容使用；
（2）柴油發(fā)電機供電負荷總容量。需要所有柴油發(fā)電機供電負荷的容量，包括裝機容量，負荷系數，功率因數。電動(dòng)機負荷還要給出臺數、效率、起動(dòng)電流倍數等參數；
（3）起動(dòng)順序：
① 按照負荷的重要性分出起動(dòng)的先后順序；
② 按照負荷大小及起動(dòng)電流大小，同樣重要的電動(dòng)機容量大、起動(dòng)電流大的優(yōu)先。
3、可選件的配置
柴油發(fā)電機的配套件除供應商所提供的外，還有一些是選購件，如燃油箱、市電充電器、燃油輸油管等。懂得如何去選購這些附加件是十分必要的。
（1）發(fā)電機組燃油箱的儲油量應能提供發(fā)電機組滿(mǎn)負荷連續運行8小時(shí)以上，盡量避免在發(fā)電機組運行時(shí)往油箱里加油。
（2）市電充電器應選用帶浮充的專(zhuān)用充電器，以保證電瓶隨時(shí)可帶動(dòng)發(fā)電機組運行。
（3）冷卻液盡量選用防銹、防凍、防沸液。
（4）必須使用CD級以上的柴油機專(zhuān)用機油。
（5）市電切換開(kāi)關(guān)分手動(dòng)和自動(dòng)（簡(jiǎn)稱(chēng)ATS）兩種。若你的柴油發(fā)電機作為備有電源使用，則必須在電源的輸入點(diǎn)裝置市電切換開(kāi)關(guān)。嚴禁依靠臨時(shí)接線(xiàn)的辦法及記憶操作的辦法向負荷輸入自備電源。因為一旦發(fā)生自備電源擅自并網(wǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)倒送電），則會(huì )造成人員傷亡、設備毀壞的嚴重后果。切換開(kāi)關(guān)的安裝正確與否，要得到當地供電部門(mén)的檢查認可，方可投入使用。
四、柴發(fā)設計的注意事項
1、集裝箱式柴發(fā)的注意事項
集裝箱柴油發(fā)電機組基本結構如圖3所示。在確定了柴油發(fā)電機組容量、數量、運行方式、技術(shù)要求等因素后，在設計階段，還應注意以下幾個(gè)問(wèn)題。
（1）集裝箱式數據中心一般采用靜音箱式柴發(fā)，應考慮采用靜音箱對柴發(fā)運行容量的影響，一般要求不得超過(guò)柴發(fā)額定容量的5%
（2）發(fā)電機組應能實(shí)現全自動(dòng)運行，即市電故障后自動(dòng)起動(dòng)，自動(dòng)投入，市電恢復后自動(dòng)退出。發(fā)電機組的控制器應具備RS232/485通訊接口，并采用標準Modbus通訊協(xié)議，以便實(shí)現第三方集中監控。
（3）電池的充電器應為全自動(dòng)均充/浮充充電器，并具備故障報警功能，以方便遠程監控。在寒冷的地區，通常都應配備自動(dòng)溫控冷卻液加熱器，以使發(fā)電機組始終保持在適宜的溫度，保證隨時(shí)順利起動(dòng)。
2、開(kāi)架式柴發(fā)的注意事項
開(kāi)架式柴油發(fā)電機組基本結構如圖4所示。在柴油發(fā)電機組使用前，應進(jìn)行安裝與聯(lián)接。柴油發(fā)電機組安裝時(shí)，應注意以下事項：
（1）安裝地點(diǎn)需通風(fēng)良好，發(fā)電機端應有足夠的進(jìn)風(fēng)口，柴油機端應有良好的出風(fēng)口。出風(fēng)口面積應大于水箱面積1.5倍以上。
（2）安裝地的周?chē)鷳３智鍧?，避免在附近放置能產(chǎn)生酸性、堿性等腐蝕性氣體和蒸汽的物品。有條件的應配置滅火裝置。
（3）若在室內使用，必須將排煙管道通到室外，管徑必須≥消音器的出煙管直徑，所接之管路的彎頭不宜超過(guò)3個(gè)，以保證排煙暢通，并應將管子向下傾斜5--10度,避免雨水注入;若排氣管是垂直向上安裝的，則必須加裝防雨罩.
（4）基礎采用混凝土時(shí),在安裝時(shí)須用水平尺測其水平度,使發(fā)電機組固定于水平的基礎上。發(fā)電機組與基礎之間應有專(zhuān)用防震墊或用底腳螺栓。
（5）發(fā)電機組外殼必須有可靠的保護接地，對需要有中性點(diǎn)直接接地的發(fā)電機，則必須由專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行中性點(diǎn)接地，并配備防雷裝置，嚴禁利用市電的接地裝置進(jìn)行中性點(diǎn)直接接地。
（6）發(fā)電機與市電的雙向開(kāi)關(guān)必須十分可靠，以防倒送電。雙向開(kāi)關(guān)的接線(xiàn)可靠性需經(jīng)過(guò)當地供電部門(mén)的檢驗認可。
（7）起動(dòng)電瓶的接線(xiàn)必須牢固。
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圖3 集裝箱式柴油發(fā)電機組主要構成要素 |
圖4 柴油發(fā)電機組主件構成圖 |
總結：
對于數據中心的用戶(hù)，柴油發(fā)電機選型的關(guān)鍵在于柴油發(fā)電機與UPS負載的容量匹配。UPS與柴油發(fā)電機容量較為接近時(shí)，兩者間匹配問(wèn)題十分突出，需從UPS的運行工況、整流方式和柴油發(fā)電機組的工作方式、勵磁方式、額定功率等方面對柴油發(fā)電機組和UPS進(jìn)行合理選型，實(shí)現兩者間有效的匹配工作，以保證平臺電力系統的穩定、可靠、連續運行。
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