柴油发电机组作为信息中心备用电源系统的应用研究

作者简介：李斌（1977-），男，山东济南，工程师，主要从事内燃机电站控制系统的研究、设计。[e-mail]柴油发电机组作为信息中心备用电源系统的应用研究李斌，郝利华，高广波，许三鹏,王瑞丽（济南中油西瓦克电气控制设备有限公司，山东济南250306）摘要：主要就某信息中心的备用电源系统进行了深入研究，并且就其负荷要求，使用190系列柴油发电机组作为备用电源系统，进行了详细的负荷计算、发电机组备用电源系统成套设计。此应用研究和方案的成功实施可供类似用途的应用研究、方案设计提供参考。关键词：柴油发电机组；备用电源；信息中心PracticalStudyonDieselGeneratorSetasReserveElectricalPowerSourceforInformationCenterLIBin,HAOLi-hua,GAOGuang-bo,XUSan-peng,WANGRui-li(JINANCNPCSIVACELECTRICALCO.,LTD.Jinan250306,China)Abstract:Thepaperfocusesonfurtherstudyonreserveelectricalpowersourceforinformationcenterandcalculatesloadindetailof190dieselgeneratorsetasreserveelectricalpowersystem.Thissuccessfulimplementationcanprovidereferencesforpracticalresearchandprogramdesigninsimilaruse.Keywords:dieselgeneratorset;reserveelectricalpower;informationcenter前言为确保网络数据中心、数据交换中心等关键部门的设备能得到不间断的电源供电，这些部门通常采用“市电供电+柴油发电机组备用+UPS电源”所组成的电源供电系统。UPS作为自市电停电到备用柴油发电机组供电的中间段的电源设备可以将蓄电池的电能无延时地逆变向重要负载供电，从而保证在柴油发电机组启动供电前负载不断电，而当柴油发电机组投入使用时，UPS就作为机组的负载，为电池进行充电。本文针对除了依靠供电电网还需要柴油发电机组备用供电的情况下，使用190系列柴油发电机组作为备用电源的应用研究。1备用电源系统中石油某大型信息中心除了采用两路独立的市电供电外，为了增加系统的可靠性，另外还需要独立的柴油发电机组作为备用电源。表1是中石油某大型信息中心的基本负荷列表。表1电源系统负荷表序号负载类型功率（kW）数量1UPS12脉冲24022UPS12脉冲32023UPS12脉冲24024UPS12脉冲40025空调UNIFLAIR40.59346空调UNIFLAIR40.5967空调UNIFLAIR40.5914由于信息中心主要用电负荷为两大类：UPS系统和专用空调设备。整流滤波器件是UPS的主要部件之一，这种非线性负载会向柴油发电机组反射大量的高次谐波，其中以5次、7次等奇数次谐波危害最严重，尤其是非线性负载较大而发电机组容量又较小时这种危害就更明显。而专用空调设备是需要频繁启动的设备。发电机组成套电站的容量确定根据表1电源系统负荷表中的用电负荷表，做如下计算分析：1.1发电站的主要用电负荷为两大类：UPS系统（DelphysMXelite系列）、专用空调设备（优力UNIFLAIR恒温恒湿系列）。UPS系统是在使用过程中产生大量的奇次谐波的一类负载，专用空调设备是需要频繁启动的设备。所以成套的发电机需要配置PMG永磁励磁系统，而且发电机组的伏安容量需要根据负载适当加大。[1]1.2UPS系统中，发电机组需要承担的负载容量总功率为2400kW，长期运行按额定功率的85%核算，功率P1和容量Q1为：P1=2400×0.85=2040kWQ1=2400×0.85/0.8=2550kVADelphysMXeliteUPS设备对发电机的功率配比要求为1.2:1，所以需要的发电站的配套容量Qg1为[2]：Qg1=1.2×2550kVA=3060kVA1.3机房专用空调分布在三处，单机额定功率40.59kW，合计数量为54套，长期运行功率按照最大功率的70%的核算，功率P2和容量Q2共计：P2=54×40.59×0.7=1534kWQ2=54×40.59×0.7/0.8=1918kVA按照机房专用空调的整机满负荷最大功率40.59kW核算，配套的发电站容量Qg2为：Qg2=54×40.59/0.8=2740kVA所以Qg2：Q2=2740kVA:1918kVA=1.43:1，大约按照1.43:1的功率配比进行配套。增大的发电机伏安容量主要用于专用空调的压缩机、风机等需要频繁启动的冲击负载设备启动时的冲击电流。[3]1.4柴油发电站的总额定容量综合以上所述，总功率Pg和总容量Qg至少需要：Pg=P1+P2=2040kW+1534kW=3574kWQg=Qg1+Qg2=3060kVA+2740kVA=5800kVA按照以上理论计算和工程实际的需要，我们选择4×1500kVA=6000kVA的发电机成套方案。发电机组的额定功率按照4×1000kW=4000kW核算，4000kW：3574kW=1.12：1，长期运行时保留了发电站的12%功率富余量，基本符合电站运行的安全要求。2柴油发电机组设计2.1发动机设计济柴公司生产的B4012C柴油发动机负荷特性曲线见图1，采用封闭自循环水冷方式；机体采用龙门式悬挂主轴承结构，用高强度铸铁整体铸造而成；燃油系统采用单体喷油泵燃油系统；配套WOODWORD电子式调速器；设置废气涡轮增压装置，提高进气空气密度增大柴油机输出功率，机组设置了干式空气滤清器防止灰尘进入机组燃烧系统。2.2发电机设计发电机采用西门子技术制造的1FC6564-6型发电机，发电机是按德国西门子技术生产的无刷恒压同步发电机。发电机标准绕组采用西门子DURIGNIT2000绝缘系统，该系统所采用的绝缘材料具有不吸潮、介电强度高等特性，且能承受剧烈的温度变化；发电机励磁系统采用PMG永磁励磁系统，具有极好的动态特性。永磁励磁系统组成如图2所示，主要由五部分组成：发电机主励磁绕组（转子），永磁发电机（PMG），自动电压调节器（AVR），励磁机和旋转二极管。励磁系统的工作原理是：当发电机旋转时，永磁发电机（PMG）的永磁转子同轴旋转，切割PMG的定子绕组而产生三相正弦电势，引入发电机自动电压调节器（AVR）作为AVR的输入电源，AVR通过检测发电机的三相输出电压自动调节励磁机磁场的励磁电流，从而调节励磁机转子的三相输出电压，经旋转二极管整流后输送至发电机主转子的励磁回路。图2永磁励磁系统组成由此可见，输出电压的调节，其实是通过AVR对励磁机磁场的调节来实现的。在这个系统中有以下几个特点：①由于PMG系统提供一个与定子输出电压波形畸变及大小无关的恒定的励磁电源，因而能提供较高的电动机起动承受能力，并对非线性负载产生的主机定子输出电压的波形畸变具有抗干扰性，可提高发电机带非线性负载能力。②AVR检测三相输出电压（三相方均根检测），具有精度极高的稳态电压调整率。③更强的抗无线电干扰能力。④更强的承受短路电流能力。2.3控制和保护系统机组配置智能控制装置（ComApIG-NT），预留市电电源监测和外部启停信号接口。当市电电源停电后，机组能够自动起动，启动后自动调速、自动合闸送电；市电恢复后自动控制或通过遥控信号控制发电机组分闸、停机。机组的应急启动控制模式可以按照实际需要进行适当调整：a）多台机组竞争模式：多台机组同时接到启动信号，同时启动，并且按照完成备机的情况自动进行并机并网操作；b）相互备用模式：以某一台或几台机组作为主机组，接到启动命令时首先进行启动操作，当这一台或一组机组自启动失败时，自启动控制程序系统自动地将启动指令转移到下一台或下一组备用机组。机组具备自动电压调整功能、自动同期并车、自动功率分配系统，能够按自动控制指令或遥控指令完成两台同型号规格的机组自动并机和解列。3应用情况近几年，我公司成套设计、生产制造的多套信息中心备用柴油发电机电源系统，以其操作简单、使用方便、运行安全、稳定可靠，得到了业界的一致首肯。此应用研究和方案的成功实施可供类似用途的应用研究、方案设计提供参考。参考文献[1]姚俊琪.UPS与发电机组的匹配.移动电源与车辆.2003年01期.[2]DELPHYSMX系列UPS使用维护手册.[3]优力UNIFLAIR恒温恒湿专用空调使用维护手册.