柴油发电机组选择探究

【摘要】本文就克拉玛依数字网络控制中心柴油发电机组的电气级别、功率类型选择、输出电压、容量选择、并机方案选择等问题提出一些理解和认识。

【关键词】数控中心；自备应急电源；柴油发电机组

1 数控中心柴油发电机组功率确定

1.1 柴油发电机组功率定义

（1）持续功率（COP）。持续功率定义为：在商定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组每年运行时间不受限制地为恒定负载持续供电的最大功率。（2）基本功率（PRP）。基本功率定义为：在商定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组能每年运行时间不受限制地为可变负载持续供电的最大功率。在 24h 周期内的允许平均输出功率（PPP）应不大于 PRP的 70%，除非往复式内燃（RIC）机制造商另有规定。注：当要求允许的 PPP大于规定值时，可使用持续功率（COP）。在确定某一变化的功率序列的实际平均功率输出（PPA）时，小于 30％PRP 的功率视为 30％，且停机时间不计。（3）限时运行功率（LTP）。限时运行功率定义为：在商定的运行条件下并按照制造商的规定进行维护保养，发电机组每年运行时间可达 500h 的最大功率。注：按 100％限时运行功率每年运行的最长时间为 500h。（4）应急备用功率（ESP）。应急备用功率定义为：在商定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，当公共电网出现故障或在试验条件下，发电机组每年运行达 200h 的某一可变功率系列中的最大功率。在 24h 的运行周期内允许的平均输出功率（PPP）应不大于 ESP 的 70%，除非往复式内燃（RIC）机制造商另有规定。注：实际的平均功率输出（PPa）应低于或等于定义 ESP 的平均功率输出（PPP）。在确定某一可变动率序列的实际平均输出（PPA）时，小于 30％ESP的功率应视为 30％，且停机时间不计。

1.2 根据功率定义选择适用的机组功率

数据中心柴油发电机组按哪种标定功率选择应结合市电可靠性、数据中心可靠性要求等因素确定，过高要求：按照连续功率（COP）选择，会造成成本增加；过低要求：按照应急备用功率（ESP）选择，会降低使用可靠性。按柴油发电机组功率的定义，持续功率（COP）和限时运行功率（LTP）都是向恒定负载供电，典型的应用都是与市电并网运行，其中持续功率（COP）每年运行时间不受限制，限时运行功率（LTP）仅在错峰时与市电并网运行，运行时间受到限制。数控中心项目的负载是基本稳定负载，波动不大，但不是恒定负载（如 UPS），在市电停电的情况下才使用柴油发电机组供电，柴油发电机组独立向负载供电，不与市电并网。持续功率（COP）和限时运行功率（LTP）两种应用与数控中心柴油发电机组的应用不符，不适合用于数控中心备用电源运行模式。

2 数控中心柴油发电机组容量的选择

2.1 柴油发电机组负载

数控中心柴油发电机组所带负载中包含大量不间断电源（UPS）、机房精密空调、连续制冷设备等，这些非线性负载使发电机过热、导致电压失调，影响发电机组输出性能甚至导致发电机组停机。供配电系统设计时，应采取谐波治理措施，限制 UPS等非线性设备输出谐波。根据 UPS 整流方式、谐波治理措施分析谐波含量，确定发电机组和 UPS 的功率配比。必要时，需增加发电机系统容量。

2.2 柴油发电机组容量选择考虑因素

从行业标准（GB2820-2002）来讲，都是根据功率因数 0.8（滞后），设计发电机和选配发动机。在平时的运行监视中，要根据电压来调整，电压偏低要多发无功，电压偏高要少发无功，通过调整有功和无功的比例，控制电压和运行电流，确保发电机在安全、经济的条件下运行。选择发电机组时，其功率必须要足够供应最高峰时的负载，虽然这种情况发生时间可能只是一瞬间。此外，还要考虑一下几点：发生系统故障时机组的使用方式为主/备用。或几部发电机组代替单台发电机组。有否不正常情况下的高峰负载。定期维修发电机组时的安排（如只有一台发电机组时，如何保障在维修时不需要后备电源）。以后的负载会否增加。

2.3 数控中心柴油发电机组容量计算

数控中心一级负荷总安装容量为 17840kW，其中特别重要负荷为 10500kW；二级负荷总安装容量为 1775kW，三级负荷总安装容量为 1835kW；数控中心一期 10KV 系统重要负荷为 6837.75kW。数控中心工程发电机并机母线采用双母线，每台发电机组均接入两段母线。柴油发电机按照分期需求装设。一期在室内设置 5 台10kV 应急自启动柴油发电机作为特级负荷的备用电源，采用 4+1的冗余备份方式，当两路市电电源失电后柴油发电机组自启动，可供应本项目的全部重要负荷。按基本功率（PRP）定义 70%负载系数计算，数控中心一期需要配置的柴油发电机总容量为：按标准负载系数计算 6837.75KW÷0.7＝9768.21KW，单台机组容量为：9768kW÷4＝2442KW。按系统要求，柴油发电机组为 N+1 的运行方式，数控中心一期配置柴油发电机容量为 5 台 2400kW 的柴油发电机组。

3 柴油发电机组并机系统方案选择

3.1 分散式并机控制

分散式并机控制由各台发电机组的控制器实现并机控制功能，在各机组的控制器这间有一条并机控制通讯线，用于负载分配及功率管理通讯，如下图，当该并机通讯线故障后，整套并机系统自动解体，可靠性差，一般用于普通民用项目。

3.2 控制器冗余的并机控制

控制器冗余的并机控制系统可分为分散式并机控制器冗余和集中式并机控制器冗余。分散式并机控制器冗余只能解决控制功能本身的问题，但并机控制通讯线的问题没有解决。集中式并机控制器冗余，虽然将所有控制器集中在一套控制屏内，控制本身的故障得到有效解决，并机通讯线只在屏内布线，距离大大缩短，有效减少了断线的风险，但没有完全杜绝，整套并机系统出故障的风险还存在。控制器冗余的并机系统如下：

3.3 集中并机控制系统冗余

完整的集中并机控制系统冗余，是系统冗余而不是单纯的控制单元冗余。两套集中并机控制系统可以完全独立工作，集中并机控制系统与机组之间的信号线分两个路由单独布线，两套集中并机控制系统互为主备，主备功能由用户现场任意设定，集中并机控制系统冗余解决集中并机控制系统故障及信号线故障，在有限配置的条件下最大限度的保障了全部柴发系统中并机系统的可靠性。

4 结束语

柴油发电机组属重要的备用电源设备，购置时需慎之再慎，以上是在数控中心自备应急电源（柴油发电机组）选择过程中遇到的一些问题，提出来与大家探讨。希望对数据中心柴油发电机组选择有所帮助，为建设数据中心安全、可靠、合理、经济的自备应急电源系统做出自己的贡献。

参考文献：

[1]GB/T2820.1-2009 往复式内燃机驱动的交流发电机组 第1 部分：用途、定额和性能[S].

[2]GB2820—1997.工业柴油发电机组通用技术条件.

[3]ISO 8528-5：1993.往复式内燃交流发电机 第 5 部分：发电机组.