數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)

1、    數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)    謝向煒【摘要】數(shù)據(jù)中心運(yùn)行中主機(jī)停機(jī)故障與電源系統(tǒng)有很大的關(guān)系，為了保證電源系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定，需要按照現(xiàn)行規(guī)范對(duì)供配電系統(tǒng)做認(rèn)真規(guī)劃和設(shè)計(jì)，其中本次主要講解的是后備柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)?！娟P(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)中心； 柴油發(fā)電機(jī)； 供配電系統(tǒng)design of diesel generator in data centerxie xiang-wei（tianyuan ruixin communication technology co.， ltdxi'anshaanxi710075）【abstract】in o

2、rder to ensure the safety， reliability and stability of the power supply system， it is necessary to make careful planning and design of the power supply and distribution system according to the existing regulations. the main reason for this is that the backup of the power supply system is related to

3、 the power supply system. design essentials of diesel generator.【key words】data center；diesel generator；power supply and distribution system數(shù)據(jù)中心是為了滿足現(xiàn)代社會(huì)的信息化需求而建設(shè)的一整套包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、信息處理設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備及其他與之配套設(shè)備的設(shè)施。柴油發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)選擇按照gb 50174電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于a級(jí)機(jī)房的設(shè)計(jì)要求，柴油發(fā)電機(jī)儲(chǔ)油時(shí)間需達(dá)到72 h；而按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)tia-942-2014 數(shù)據(jù)中心的通信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于tier

4、iv級(jí)機(jī)房的設(shè)計(jì)要求，柴油發(fā)電機(jī)需要達(dá)到儲(chǔ)油時(shí)間96 h，即柴油發(fā)電機(jī)可能運(yùn)行72 h或96 h，所以柴油發(fā)電機(jī)也需要備份。柴油發(fā)電機(jī)需要與配電變壓器對(duì)應(yīng)分組設(shè)置，每組柴油發(fā)電機(jī)兩臺(tái)或三臺(tái)，采用“1+1”或“2+1”方式設(shè)置，可互為備用或輪流備用。柴油發(fā)電機(jī)電源分別與兩段低壓母線引出的回路通過ats開關(guān)轉(zhuǎn)換，然后對(duì)ups、空調(diào)設(shè)備和消防設(shè)備供電1。1. 柴油發(fā)電機(jī)電壓選擇柴油發(fā)電機(jī)宜選擇低壓發(fā)電機(jī)，與配電變壓器共同組成“n+2”電源系統(tǒng)，如采用中壓柴油發(fā)電機(jī)，在一臺(tái)配電變壓器檢修時(shí)，因檢修時(shí)間不會(huì)很短，故障發(fā)生的時(shí)機(jī)又是隨機(jī)的，有可能發(fā)生單點(diǎn)故障，造成災(zāi)難性后果，所以需要增設(shè)備用配電變壓器。由

5、于低壓發(fā)電機(jī)單臺(tái)容量受到低壓斷路器斷流容量的限制，一般與配電變壓器同樣按組設(shè)置。采用高壓柴油發(fā)電機(jī)可以提高單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)容量，減少柴油發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)，由于需要配置備用配電變壓器，卻增加了配電變壓器臺(tái)數(shù)，每組高壓柴油發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)幾組配電變壓器。2. 柴油發(fā)電機(jī)組性能分析柴油發(fā)電機(jī)組由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、啟動(dòng)電機(jī)彈性聯(lián)軸節(jié)及支撐底座組成。套發(fā)電機(jī)組放置在重型鋼架機(jī)座上， 全焊接結(jié)構(gòu)， 可精確地校正和支撐引擎/交流發(fā)電機(jī)， 底座架上有吊機(jī)孔作運(yùn)輸及安裝之用。在發(fā)電機(jī)組與公共底盤之間，根據(jù)發(fā)電機(jī)組的動(dòng)、靜載荷選配適合的減震器， 大大減少機(jī)組工作的振動(dòng)對(duì)周圍的傳遞。該減震器高頻波動(dòng)率較小， 對(duì)瞬態(tài)沖擊響應(yīng)及瞬時(shí)過

6、載工況等引起的自振能迅速消失； 該減震器采用碗形上蓋， 三相剛度相等， 有防剪切性能。具有調(diào)壓精度高、動(dòng)態(tài)性能好電壓波形畸變小、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)性能好等特點(diǎn)。3. 柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1高壓柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)由高壓配電系統(tǒng)和高壓柴油發(fā)電機(jī)組組成。高壓柴油發(fā)電機(jī)組又是由高壓發(fā)電機(jī)、柴油機(jī)、控制系統(tǒng)以及機(jī)組底盤等組成， 而配電系統(tǒng)則是由高壓進(jìn)線柜、出線柜、pt柜和接地電阻柜等組成。3.2油機(jī)機(jī)房選址。綜合考慮柴油發(fā)電機(jī)組的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)、排煙等情況，一般選擇在數(shù)據(jù)中心基地單獨(dú)建一座油機(jī)房。機(jī)房選址時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)2：（1）應(yīng)設(shè)在四周無(wú)外墻的房間，為熱風(fēng)管道和排煙

7、管道導(dǎo)出室外創(chuàng)造條件；（2）勁量壁開建筑物的主入口、正立面等部位，以避免排煙、排風(fēng)對(duì)其造成的影響。（3）注意噪聲對(duì)環(huán)境的影響。3.3油機(jī)安裝基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。（1）油機(jī)安裝基礎(chǔ)包含承重基礎(chǔ)、防震縫、排污油槽和擋土墻等。（2）油機(jī)一般都很重，需要考慮地板的基礎(chǔ)承重設(shè)計(jì)。承重主要是油機(jī)本身（含底座）的重量和油機(jī)的運(yùn)行重量之和。運(yùn)行重量大概是油機(jī)機(jī)組本身重量的0.5倍，因此油機(jī)基礎(chǔ)的承重設(shè)計(jì)應(yīng)該按照1.5倍機(jī)組重量設(shè)計(jì)。油機(jī)基礎(chǔ)主要由鋼筋網(wǎng)和砂石混凝土構(gòu)成，而油機(jī)基礎(chǔ)基礎(chǔ)下面用粗砂和卵石墊厚200mm底，并夯實(shí)?，F(xiàn)在很多油機(jī)安裝基礎(chǔ)都忽略了防震縫的設(shè)計(jì)，由擋土墻與基礎(chǔ)構(gòu)成防震墻。防震縫一般取60mm，防止與

8、房屋產(chǎn)生共振現(xiàn)象。（3）油機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)采取防油浸的設(shè)施，可設(shè)置排油污溝槽，具體如圖1所示。3.4設(shè)備安裝及機(jī)房設(shè)計(jì)。（1）發(fā)電機(jī)組安裝時(shí)，散熱器距通風(fēng)口1.01.2m，風(fēng)口底部距地面0.4m，機(jī)組的其余三面距機(jī)房墻壁為2.0m。多臺(tái)機(jī)組安裝時(shí)，其間距為2.02.5m，機(jī)房天花板距發(fā)動(dòng)機(jī)至少為1.5m，或者要求機(jī)房地板離天花板不少于4.5m，以便于對(duì)機(jī)組的檢查、保養(yǎng)和維修。（2）油機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)散出熱量，環(huán)境溫度升高會(huì)影響油機(jī)的輸出功率，降低油機(jī)的效率。因此，必須采取措施來(lái)保正發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)冷卻。正確的空氣流動(dòng)路線應(yīng)為圖2所示：空氣從機(jī)尾部經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)過散熱器，導(dǎo)風(fēng)罩排出室外。如果沒有導(dǎo)風(fēng)罩將熱氣排除

9、戶外，風(fēng)扇將把熱空氣抽散在四周，熱空氣將回散熱器，降低了冷卻效果。 （3）空氣的人口和出口都要滿足機(jī)組排風(fēng)量要求， 進(jìn)風(fēng)口至少是散熱器芯面積的1.5 一1.8 倍，宜設(shè)在正對(duì)發(fā)電機(jī)端或發(fā)電機(jī)端兩側(cè)； 排風(fēng)口凈流通面積大于散熱器芯面積的1.25 一1.5 倍， 宜靠近且正對(duì)柴油機(jī)散熱器， 不宜設(shè)在主導(dǎo)風(fēng)向一側(cè)， 若有困難時(shí)應(yīng)增設(shè)擋風(fēng)墻。要求進(jìn)出風(fēng)口不能設(shè)置在同一個(gè)方向， 避免出風(fēng)和進(jìn)風(fēng)混合。（4）排煙宜采用架空敷設(shè)方式， 排煙管應(yīng)單獨(dú)引出室外。排煙管彎頭盡量少， 并能自由伸縮。水平敷設(shè)的排煙管道宜設(shè)0.3% 一0.5 % 的坡度， 坡向室外， 并在管道最低點(diǎn)裝排污閥。為防止?fàn)C傷和減少輻射熱， 排

10、煙管宜進(jìn)行保溫處理。4. 柴油發(fā)電機(jī)組供油系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）為滿足柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的用油要求， 根據(jù)gb 50174 - 2014、gb 50016 - 2014等規(guī)范要求， 本示例工程在柴油發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)每臺(tái)機(jī)組均單獨(dú)設(shè)有日用油箱間， 日用油箱間內(nèi)儲(chǔ)存有1m2的日用燃油。結(jié)合日用油箱間， 還在地下一層設(shè)置油泵供油系統(tǒng)， 在室外設(shè)置儲(chǔ)油罐， 通過油泵系統(tǒng)自動(dòng)供油， 滿足柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)間不小于72 h 的用油要求。（2）各個(gè)日用油箱上均設(shè)有液位控制儀， 當(dāng)日用油箱內(nèi)的油處于低液位時(shí)， 油泵啟動(dòng)， 將埋在室外儲(chǔ)油罐內(nèi)的柴油輸入日用油箱內(nèi)； 反之，當(dāng)日用油箱內(nèi)的油處于高液位的時(shí)候， 供油泵自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)油

11、位超過設(shè)置液位范圍時(shí)，報(bào)警器自動(dòng)報(bào)警。當(dāng)油位超過超高液位、柴油發(fā)電機(jī)發(fā)生故障或火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，排油電磁閥啟動(dòng)，將油排至室外儲(chǔ)油罐。日用油箱的油直接供柴油發(fā)電機(jī)使用，柴油發(fā)電機(jī)的回油，回到日用油箱繼續(xù)使用，日用油箱底部的排油管和溢油管接入溢油桶，溢油桶安裝液位顯示，當(dāng)液位處于高位時(shí)，經(jīng)手搖泵輸入日用油箱繼續(xù)使用3。5. 測(cè)試負(fù)載設(shè)計(jì)5.1柴油發(fā)電機(jī)組作為市政電源停電后的應(yīng)急電源，多數(shù)時(shí)間都處于待機(jī)狀態(tài)，一旦市政電源停電或者發(fā)生故障，柴油發(fā)電機(jī)組就起到了至關(guān)重要的作用。為防止供電故障發(fā)生時(shí)柴油發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)性能故障，加強(qiáng)日常柴油發(fā)電機(jī)組的檢測(cè)和維護(hù)，建立完善的柴油發(fā)電機(jī)組檢測(cè)和維護(hù)規(guī)程，定時(shí)

12、規(guī)范地對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行保養(yǎng)、檢測(cè)和維護(hù)就顯得格外重要。測(cè)試負(fù)載可以檢測(cè)柴油發(fā)電機(jī)組的帶載功率，作滿載測(cè)試、不平衡負(fù)載能力測(cè)試、突加突減功率測(cè)試、穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率、穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率、瞬態(tài)電壓調(diào)整頻率、電壓恢復(fù)時(shí)間、瞬態(tài)頻率調(diào)整、頻率恢復(fù)時(shí)間、柴油發(fā)電機(jī)組持續(xù)運(yùn)行檢測(cè)4。5.2根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組容量及運(yùn)行要求， 選擇測(cè)試負(fù)載容量為2 000 kw。可供選擇的方案主要有如下3 個(gè)：（1）方案一： 移動(dòng)式測(cè)試負(fù)載。測(cè)試負(fù)載采用車載移動(dòng)式測(cè)試負(fù)載， 需要測(cè)試時(shí)，租用專業(yè)測(cè)試公司的測(cè)試負(fù)載及相應(yīng)測(cè)試設(shè)備。此方案需在柴油發(fā)電機(jī)房三層并機(jī)室預(yù)留測(cè)試負(fù)載接線柜， 從接線柜引線纜至一層， 并預(yù)留管線至室外測(cè)試點(diǎn)。（2

13、）方案二： 20 kv 固定式測(cè)試負(fù)載。配合市政電源與柴油發(fā)電機(jī)組成的20 kv 供電系統(tǒng)， 測(cè)試負(fù)載采用20 kv 電壓等級(jí)的固定式測(cè)試負(fù)載， 測(cè)試負(fù)載安裝于柴油發(fā)電機(jī)房屋頂。此方案需在柴油發(fā)電機(jī)房三層并機(jī)室預(yù)留20 kv 測(cè)試負(fù)載接線柜， 并從接線柜引20 kv 電纜經(jīng)由電纜橋架從進(jìn)出線間引至屋面測(cè)試負(fù)載處。（3）方案三： 0. 4 kv 固定式測(cè)試負(fù)載。本方案中測(cè)試負(fù)載采用0. 4 kv 電壓等級(jí)， 負(fù)載容量可選1 臺(tái)2 000 kw 或者4 臺(tái)500 kw， 測(cè)試負(fù)載安裝于動(dòng)力中心屋頂。此方案需在柴油發(fā)電機(jī)房三層并機(jī)室設(shè)置20 / 0. 4 kv 降壓變壓器及相應(yīng)低壓出線柜。低壓出線柜

14、至屋頂測(cè)試負(fù)載利用低壓母線槽或低壓電纜經(jīng)由進(jìn)出線間引至屋面的測(cè)試負(fù)載。5.3以上3 個(gè)方案中，方案一的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省造價(jià)但其后期操作繁瑣， 每次進(jìn)行測(cè)試時(shí)都需要租用測(cè)試設(shè)備， 測(cè)試前后需進(jìn)行電纜連接和拆除的工作， 耗費(fèi)大量人力物力， 且測(cè)試性能不夠穩(wěn)定可靠。方案二的測(cè)試負(fù)載電壓等級(jí)為20 kv， 是直接模擬高壓配電柜的帶載性能， 不需設(shè)置降壓變壓器和相關(guān)低壓出線柜，工程相對(duì)簡(jiǎn)單。但后期維護(hù)復(fù)雜， 建造成本及維護(hù)費(fèi)用較高， 測(cè)試性能與0. 4 kv 電壓等級(jí)測(cè)試負(fù)載無(wú)太大差異。方案三中0. 4 kv 電壓等級(jí)模擬測(cè)試發(fā)電機(jī)組并機(jī)升壓（高壓配電柜） 又經(jīng)變壓器降壓后的負(fù)載性能， 其整體建造成本、后期維護(hù)成本都相對(duì)低廉，在整機(jī)產(chǎn)品測(cè)試性能、絕緣、壽命、安全等方面均有一定優(yōu)勢(shì)， 整機(jī)實(shí)用性高， 可獨(dú)立對(duì)單臺(tái)發(fā)電機(jī)組周期性帶載測(cè)試和其