柴油發(fā)電機(jī)組作為信息中心備用電源系統(tǒng)的應(yīng)用研究1

1、柴油發(fā)電機(jī)組作為信息中心備用電源系統(tǒng)的應(yīng)用研究李斌，郝利華，高廣波，許三鵬, 王瑞麗（濟(jì)南中油西瓦克電氣控制設(shè)備有限公司，山東 濟(jì)南 250306）摘 要：主要就某信息中心的備用電源系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，并且就其負(fù)荷要求，使用190系列柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源系統(tǒng)，進(jìn)行了詳細(xì)的負(fù)荷計(jì)算、發(fā)電機(jī)組備用電源系統(tǒng)成套設(shè)計(jì)。此應(yīng)用研究和方案的成功實(shí)施可供類(lèi)似用途的應(yīng)用研究、方案設(shè)計(jì)提供參考。關(guān)鍵詞此：柴油發(fā)電機(jī)組；備用電源；信息中心Practical Study on Diesel Generator Set asReserve Electrical Power Source for Informati

2、on CenterLI Bin, HAO Li-hua, GAO Guang-bo, XU San-peng, WANG Rui-li(JINAN CNPC SIVAC ELECTRICAL CO.,LTD. Jinan 250306, China)Abstract: The paper focuses on further study on reserve electrical power source for information center and calculates load in detail of 190 diesel generator set as reserve ele

3、ctrical power system. This successful implementation can provide references for practical research and program design in similar use.Key words: diesel generator set; reserve electrical power; information center前言 為確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)交換中心等關(guān)鍵部門(mén)的設(shè)備能得到不間斷的電源供電，這些部門(mén)通常采用“市電供電+柴油發(fā)電機(jī)組備用+UPS電源”所組成的電源供電系統(tǒng)。UPS作為自市電停電到

4、備用柴油發(fā)電機(jī)組供電的中間段的電源設(shè)備可以將蓄電池的電能無(wú)延時(shí)地逆變向重要負(fù)載供電，從而保證在柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)供電前負(fù)載不斷電，而當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組投入使用時(shí)，UPS就作為機(jī)組的負(fù)載，為電池進(jìn)行充電。本文針對(duì)除了依靠供電電網(wǎng)還需要柴油發(fā)電機(jī)組備用供電的情況下，使用190系列柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源的應(yīng)用研究。1 備用電源系統(tǒng)中石油某大型信息中心除了采用兩路獨(dú)立的市電供電外，為了增加系統(tǒng)的可靠性，另外還需要獨(dú)立的柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。表1是中石油某大型信息中心的基本負(fù)荷列表。 表1 電源系統(tǒng)負(fù)荷表序號(hào)負(fù)載類(lèi)型功率（kW）數(shù)量1UPS12脈沖24022UPS12脈沖32023UPS12脈沖2402

5、4UPS12脈沖40025空調(diào)UNIFLAIR40.59346空調(diào)UNIFLAIR40.5967空調(diào)UNIFLAIR40.5914由于信息中心主要用電負(fù)荷為兩大類(lèi)：UPS系統(tǒng)和專(zhuān)用空調(diào)設(shè)備。整流濾波器件是UPS的主要部件之一，這種非線性負(fù)載會(huì)向柴油發(fā)電機(jī)組反射大量的高次諧波，其中以5次、7次等奇數(shù)次諧波危害最嚴(yán)重，尤其是非線性負(fù)載較大而發(fā)電機(jī)組容量又較小時(shí)這種危害就更明顯。而專(zhuān)用空調(diào)設(shè)備是需要頻繁啟動(dòng)的設(shè)備。 發(fā)電機(jī)組成套電站的容量確定 根據(jù)表1電源系統(tǒng)負(fù)荷表中的用電負(fù)荷表，做如下計(jì)算分析： 1.1 發(fā)電站的主要用電負(fù)荷為兩大類(lèi)：UPS系統(tǒng)（Delphys MX elite系列）、專(zhuān)用空調(diào)設(shè)備

6、（優(yōu)力UNIFLAIR恒溫恒濕系列）。UPS系統(tǒng)是在使用過(guò)程中產(chǎn)生大量的奇次諧波的一類(lèi)負(fù)載，專(zhuān)用空調(diào)設(shè)備是需要頻繁啟動(dòng)的設(shè)備。所以成套的發(fā)電機(jī)需要配置PMG永磁勵(lì)磁系統(tǒng)，而且發(fā)電機(jī)組的伏安容量需要根據(jù)負(fù)載適當(dāng)加大。1 1.2 UPS系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)組需要承擔(dān)的負(fù)載容量總功率為2400kW，長(zhǎng)期運(yùn)行按額定功率的85%核算，功率P1和容量Q1為：P1=2400×0.85=2040kWQ1=2400×0.85/0.8=2550kVA Delphys MX elite UPS設(shè)備對(duì)發(fā)電機(jī)的功率配比要求為1.2:1，所以需要的發(fā)電站的配套容量Qg1為2：Qg1=1.2×255

7、0kVA=3060kVA 1.3 機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)分布在三處，單機(jī)額定功率40.59kW，合計(jì)數(shù)量為54套，長(zhǎng)期運(yùn)行功率按照最大功率的70%的核算，功率P2和容量Q2共計(jì)：P2=54×40.59×0.7=1534kWQ2=54×40.59×0.7/0.8=1918kVA按照機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)的整機(jī)滿負(fù)荷最大功率40.59kW核算，配套的發(fā)電站容量Qg2為： Qg2=54×40.59/0.8=2740kVA所以Qg2：Q2=2740kVA:1918kVA=1.43:1，大約按照1.43:1的功率配比進(jìn)行配套。增大的發(fā)電機(jī)伏安容量主要用于專(zhuān)用空調(diào)的壓縮機(jī)、風(fēng)

8、機(jī)等需要頻繁啟動(dòng)的沖擊負(fù)載設(shè)備啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流。3 1.4 柴油發(fā)電站的總額定容量綜合以上所述，總功率Pg和總?cè)萘縌g至少需要： Pg = P1+P2 =2040kW+1534kW=3574kW Qg = Qg1+Qg2 =3060kVA+2740kVA=5800kVA 按照以上理論計(jì)算和工程實(shí)際的需要，我們選擇4×1500kVA=6000kVA的發(fā)電機(jī)成套方案。發(fā)電機(jī)組的額定功率按照4×1000kW=4000kW核算，4000kW：3574kW=1.12：1，長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)保留了發(fā)電站的12%功率富余量，基本符合電站運(yùn)行的安全要求。2 柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)2.1發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)濟(jì)柴公司

9、生產(chǎn)的B4012C柴油發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性曲線見(jiàn)圖1，采用封閉自循環(huán)水冷方式；機(jī)體采用龍門(mén)式懸掛主軸承結(jié)構(gòu)，用高強(qiáng)度鑄鐵整體鑄造而成；燃油系統(tǒng)采用單體噴油泵燃油系統(tǒng)；配套WOODWORD電子式調(diào)速器；設(shè)置廢氣渦輪增壓裝置，提高進(jìn)氣空氣密度增大柴油機(jī)輸出功率，機(jī)組設(shè)置了干式空氣濾清器防止灰塵進(jìn)入機(jī)組燃燒系統(tǒng)。2.2發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì) 發(fā)電機(jī)采用西門(mén)子技術(shù)制造的1FC6 564-6型發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)是按德國(guó)西門(mén)子技術(shù)生產(chǎn)的無(wú)刷恒壓同步發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)繞組采用西門(mén)子DURIGNIT 2000絕緣系統(tǒng)，該系統(tǒng)所采用的絕緣材料具有不吸潮、介電強(qiáng)度高等特性，且能承受劇烈的溫度變化；發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)采用PMG永磁勵(lì)磁系統(tǒng)，

10、具有極好的動(dòng)態(tài)特性。 永磁勵(lì)磁系統(tǒng)組成如圖2所示，主要由五部分組成：發(fā)電機(jī)主勵(lì)磁繞組（轉(zhuǎn)子），永磁發(fā)電機(jī)（PMG），自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR），勵(lì)磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)二極管。 勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理是：當(dāng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，永磁發(fā)電機(jī)（PMG）的永磁轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)，切割PMG的定子繞組而產(chǎn)生三相正弦電勢(shì)，引入發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）作為AVR的輸入電源，AVR通過(guò)檢測(cè)發(fā)電機(jī)的三相輸出電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)的勵(lì)磁電流，從而調(diào)節(jié)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子的三相輸出電壓，經(jīng)旋轉(zhuǎn)二極管整流后輸送至發(fā)電機(jī)主轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁回路。 圖2永磁勵(lì)磁系統(tǒng)組成 由此可見(jiàn)，輸出電壓的調(diào)節(jié)，其實(shí)是通過(guò)AVR對(duì)勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在這個(gè)系統(tǒng)中有以下幾個(gè)

11、特點(diǎn)： 由于PMG系統(tǒng)提供一個(gè)與定子輸出電壓波形畸變及大小無(wú)關(guān)的恒定的勵(lì)磁電源，因而能提供較高的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)承受能力，并對(duì)非線性負(fù)載產(chǎn)生的主機(jī)定子輸出電壓的波形畸變具有抗干擾性，可提高發(fā)電機(jī)帶非線性負(fù)載能力。 AVR檢測(cè)三相輸出電壓（三相方均根檢測(cè)），具有精度極高的穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率。 更強(qiáng)的抗無(wú)線電干擾能力。 更強(qiáng)的承受短路電流能力。2.3控制和保護(hù)系統(tǒng)機(jī)組配置智能控制裝置（ComAp IG-NT），預(yù)留市電電源監(jiān)測(cè)和外部啟停信號(hào)接口。當(dāng)市電電源停電后，機(jī)組能夠自動(dòng)起動(dòng)，啟動(dòng)后自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)合閘送電；市電恢復(fù)后自動(dòng)控制或通過(guò)遙控信號(hào)控制發(fā)電機(jī)組分閘、停機(jī)。機(jī)組的應(yīng)急啟動(dòng)控制模式可以按照實(shí)際需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整：a）多臺(tái)機(jī)組競(jìng)爭(zhēng)模式：多臺(tái)機(jī)組同時(shí)接到啟動(dòng)信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)，并且按照完成備機(jī)的情況自動(dòng)進(jìn)行并機(jī)并網(wǎng)操作；b）相互備用模式：以某一臺(tái)或幾臺(tái)機(jī)組作為主機(jī)組，接到啟動(dòng)命令時(shí)首先進(jìn)行啟動(dòng)操作，當(dāng)這一臺(tái)或一組機(jī)組自啟動(dòng)失敗時(shí)，自啟動(dòng)控制程序系統(tǒng)自動(dòng)地將啟動(dòng)指令轉(zhuǎn)移到下一臺(tái)或下一組備用機(jī)組。機(jī)組具備自動(dòng)電壓調(diào)整功能、自動(dòng)同期并車(chē)、自動(dòng)功率分配系統(tǒng)，能夠按自動(dòng)控制指令或遙控指令完成兩臺(tái)同型號(hào)規(guī)格的機(jī)組自動(dòng)并機(jī)和解列。3 應(yīng)用情況近幾年，我公司