數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機的設(shè)計

1、    數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機的設(shè)計    謝向煒【摘要】數(shù)據(jù)中心運行中主機停機故障與電源系統(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)范對供配電系統(tǒng)做認真規(guī)劃和設(shè)計，其中本次主要講解的是后備柴油發(fā)電機的設(shè)計要點?！娟P(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)中心； 柴油發(fā)電機； 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)代社會的信息化需求而建設(shè)的一整套包括計算機系統(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)電機臺數(shù)選擇按照gb 50174電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范對于a級機房的設(shè)計要求，柴油發(fā)電機儲油時間需達到72 h；而按照美國標(biāo)準tia-942-2014 數(shù)據(jù)中心的通信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準對于tier

4、iv級機房的設(shè)計要求，柴油發(fā)電機需要達到儲油時間96 h，即柴油發(fā)電機可能運行72 h或96 h，所以柴油發(fā)電機也需要備份。柴油發(fā)電機需要與配電變壓器對應(yīng)分組設(shè)置，每組柴油發(fā)電機兩臺或三臺，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ups、空調(diào)設(shè)備和消防設(shè)備供電1。1. 柴油發(fā)電機電壓選擇柴油發(fā)電機宜選擇低壓發(fā)電機，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，在一臺配電變壓器檢修時，因檢修時間不會很短，故障發(fā)生的時機又是隨機的，有可能發(fā)生單點故障，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)電機單臺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)電機可以提高單臺柴油發(fā)電機容量，減少柴油發(fā)電機臺數(shù)，由于需要配置備用配電變壓器，卻增加了配電變壓器臺數(shù)，每組高壓柴油發(fā)電機對應(yīng)幾組配電變壓器。2. 柴油發(fā)電機組性能分析柴油發(fā)電機組由柴油機、發(fā)電機、啟動電機彈性聯(lián)軸節(jié)及支撐底座組成。套發(fā)電機組放置在重型鋼架機座上， 全焊接結(jié)構(gòu)， 可精確地校正和支撐引擎/交流發(fā)電機， 底座架上有吊機孔作運輸及安裝之用。在發(fā)電機組與公共底盤之間，根據(jù)發(fā)電機組的動、靜載荷選配適合的減震器， 大大減少機組工作的振動對周圍的傳遞。該減震器高頻波動率較小， 對瞬態(tài)沖擊響應(yīng)及瞬時過

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、使用壽命長和經(jīng)濟性能好等特點。3. 柴油發(fā)電機組系統(tǒng)設(shè)計3.1高壓柴油發(fā)電機組系統(tǒng)由高壓配電系統(tǒng)和高壓柴油發(fā)電機組組成。高壓柴油發(fā)電機組又是由高壓發(fā)電機、柴油機、控制系統(tǒng)以及機組底盤等組成， 而配電系統(tǒng)則是由高壓進線柜、出線柜、pt柜和接地電阻柜等組成。3.2油機機房選址。綜合考慮柴油發(fā)電機組的進風(fēng)、排風(fēng)、排煙等情況，一般選擇在數(shù)據(jù)中心基地單獨建一座油機房。機房選址時應(yīng)注意以下幾點2：（1）應(yīng)設(shè)在四周無外墻的房間，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)對其造成的影響。（3）注意噪聲對環(huán)境的影響。3.3油機安裝基礎(chǔ)設(shè)計。（1）油機安裝基礎(chǔ)包含承重基礎(chǔ)、防震縫、排污油槽和擋土墻等。（2）油機一般都很重，需要考慮地板的基礎(chǔ)承重設(shè)計。承重主要是油機本身（含底座）的重量和油機的運行重量之和。運行重量大概是油機機組本身重量的0.5倍，因此油機基礎(chǔ)的承重設(shè)計應(yīng)該按照1.5倍機組重量設(shè)計。油機基礎(chǔ)主要由鋼筋網(wǎng)和砂石混凝土構(gòu)成，而油機基礎(chǔ)基礎(chǔ)下面用粗砂和卵石墊厚200mm底，并夯實?，F(xiàn)在很多油機安裝基礎(chǔ)都忽略了防震縫的設(shè)計，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)備安裝及機房設(shè)計。（1）發(fā)電機組安裝時，散熱器距通風(fēng)口1.01.2m，風(fēng)口底部距地面0.4m，機組的其余三面距機房墻壁為2.0m。多臺機組安裝時，其間距為2.02.5m，機房天花板距發(fā)動機至少為1.5m，或者要求機房地板離天花板不少于4.5m，以便于對機組的檢查、保養(yǎng)和維修。（2）油機運行時會散出熱量，環(huán)境溫度升高會影響油機的輸出功率，降低油機的效率。因此，必須采取措施來保正發(fā)動機及發(fā)電機冷卻。正確的空氣流動路線應(yīng)為圖2所示：空氣從機尾部經(jīng)過發(fā)動機，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組排風(fēng)量要求， 進風(fēng)口至少是散熱器芯面積的1.5 一1.8 倍，宜設(shè)在正對發(fā)電機端或發(fā)電機端兩側(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， 宜靠近且正對柴油機散熱器， 不宜設(shè)在主導(dǎo)風(fēng)向一側(cè)， 若有困難時應(yīng)增設(shè)擋風(fēng)墻。要求進出風(fēng)口不能設(shè)置在同一個方向， 避免出風(fēng)和進風(fēng)混合。（4）排煙宜采用架空敷設(shè)方式， 排煙管應(yīng)單獨引出室外。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， 并在管道最低點裝排污閥。為防止?fàn)C傷和減少輻射熱， 排

10、煙管宜進行保溫處理。4. 柴油發(fā)電機組供油系統(tǒng)設(shè)計（1）為滿足柴油發(fā)電機組運行的用油要求， 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)電機房內(nèi)每臺機組均單獨設(shè)有日用油箱間， 日用油箱間內(nèi)儲存有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)置儲油罐， 通過油泵系統(tǒng)自動供油， 滿足柴油發(fā)電機組運行時間不小于72 h 的用油要求。（2）各個日用油箱上均設(shè)有液位控制儀， 當(dāng)日用油箱內(nèi)的油處于低液位時， 油泵啟動， 將埋在室外儲油罐內(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候， 供油泵自動關(guān)閉。當(dāng)油

11、位超過設(shè)置液位范圍時，報警器自動報警。當(dāng)油位超過超高液位、柴油發(fā)電機發(fā)生故障或火災(zāi)自動報警系統(tǒng)報警時，排油電磁閥啟動，將油排至室外儲油罐。日用油箱的油直接供柴油發(fā)電機使用，柴油發(fā)電機的回油，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，經(jīng)手搖泵輸入日用油箱繼續(xù)使用3。5. 測試負載設(shè)計5.1柴油發(fā)電機組作為市政電源停電后的應(yīng)急電源，多數(shù)時間都處于待機狀態(tài)，一旦市政電源停電或者發(fā)生故障，柴油發(fā)電機組就起到了至關(guān)重要的作用。為防止供電故障發(fā)生時柴油發(fā)電機組出現(xiàn)性能故障，加強日常柴油發(fā)電機組的檢測和維護，建立完善的柴油發(fā)電機組檢測和維護規(guī)程，定時

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

13、）方案二： 20 kv 固定式測試負載。配合市政電源與柴油發(fā)電機組成的20 kv 供電系統(tǒng)， 測試負載采用20 kv 電壓等級的固定式測試負載， 測試負載安裝于柴油發(fā)電機房屋頂。此方案需在柴油發(fā)電機房三層并機室預(yù)留20 kv 測試負載接線柜， 并從接線柜引20 kv 電纜經(jīng)由電纜橋架從進出線間引至屋面測試負載處。（3）方案三： 0. 4 kv 固定式測試負載。本方案中測試負載采用0. 4 kv 電壓等級， 負載容量可選1 臺2 000 kw 或者4 臺500 kw， 測試負載安裝于動力中心屋頂。此方案需在柴油發(fā)電機房三層并機室設(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、至屋頂測試負載利用低壓母線槽或低壓電纜經(jīng)由進出線間引至屋面的測試負載。5.3以上3 個方案中，方案一的優(yōu)點是節(jié)省造價但其后期操作繁瑣， 每次進行測試時都需要租用測試設(shè)備， 測試前后需進行電纜連接和拆除的工作， 耗費大量人力物力， 且測試性能不夠穩(wěn)定可靠。方案二的測試負載電壓等級為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，工程相對簡單。但后期維護復(fù)雜， 建造成本及維護費用較高， 測試性能與0. 4 kv 電壓等級測試負載無太大差異。方案三中0. 4 kv 電壓等級模擬測試發(fā)電機組并機升壓（高壓配電柜） 又經(jīng)變壓器降壓后的負載性能， 其整體建造成本、后期維護成本都相對低廉，在整機產(chǎn)品測試性能、絕緣、壽命、安全等方面均有一定優(yōu)勢， 整機實用性高， 可獨立對單臺發(fā)電機組周期性帶載測試和其