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柴油发电机和UPS的协作、选型

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柴油发电机和UPS的协作、选型

发布日期:2017-09-30 作者: 点击:

 跟着IT技能的开展,各职业的事务都离不开数据中心的建造,其间通讯、金融、中大型企业和政府部门的IDC中心建造规划和数量也在敏捷添加。保证IDC中心的设备安全运转时,往往要选用大功率UPS和柴油发电机组组成安全的供电体系。一般完结办法是发电机作为市电的备用电源,在断电的状况下,由主动转换开关(ATS)将UPS、机房专用空调、应急照明等设备的输入由市电切换到发电机,避免UPS后备电池耗尽引起体系供电中止。该体系不光要求发电机组主动化程度高,更要求发电机有必要习惯UPS这一非线性负载的特性,使其在无市电的状况下保证UPS对负载可靠供电。许多职业机房管理办法中明确提出机房须装备备用发电机,要求其设计容量须可以满意机房设备正常运转要求,并有恰当余量。但在实践选配和运用发电机进程中,因为发电机容量缺乏或保护不妥,会呈现真正市电停电时,发电机却不能正常作业的状况,本文就大型数据中心机房供电体系中发电机组选配、与UPS的匹配联系、发电机的运用保护要求做一简要介绍,以期用户在选购、配套柴油发电机组时作为参阅。

  1、大型数据中心机房对发电机组的要求

  发电机是把机械能转换为沟通电能的转换设备。当时,功用优秀的柴油发电机是一个功用完善、功率容量规模大、对环境和场所条件要求低、装置运用方便的小型发电设备,运用相对广泛,输出容量从几KVA到几兆VA。柴油发电机组主体首要由发动机、发电机和控制体系三部分组成。其间与现代柴油发电机组配套的同步沟通发电机因为功用及结构的特点,遍及选用自励恒压型式,一般选用自激式同步沟通发电机和PMG(永磁式)鼓励式同步沟通发电机。发电机组的首要功用参数应满意:

  ①电压调整率:当负载功率因数(滞后)~1、负载空载至满载改变、从冷机到满机及转速下跌%以内等状况下,电压调整率可以控制在±1%以内;

  ②频率调整率:负载从0~100%规模内,频率安稳不变;

  ③随机频率动摇:负载从0~100%功率任何值,随机频率动摇率最大值为±5%;

  ④电压波形:电路开路(空载),最大总波形畸变%,三相平衡负载最大总波形畸变为5%。

  2、发电机组在运用中简单发作的问题

  大型数据中心机房一般选用“市电-发电机-UPS并机体系”组成的供电体系。一般前级供电体系的容量应该在满意后级用电设备的容量基础上保存10%~20%裕量。UPS体系前级所需柴油发电机组的容量,实践上需求考虑的就是UPS输出满载、UPS体系功率、UPS对电池组的充电功率(油机发动前UPS发动电池放电,需弥补能量)、UPS的输入功率因数等。举例来说,100KVA的UPS,满载输出80kw,功率假定取93%,充电功率为UPS额外容量的15%~25%,输入功率因数3,则所需柴油发电机组的容量为:80KW÷93%X5÷3=130KVA,保有部分裕量后,可挑选150KVA左右的柴油发电机组。但实践上,这并不能保证停电后柴油发电机组可以顺畅发动并向UPS供电。一起因为大型数据中心机房供电体系中的发电机负载还包含机房专用空调、应急照明、消防电梯等,这些负载发动或运转时都会对发电机引起振动和搅扰。当组成“市电-发电机-UPS”供电体系时,虽然发电机的负载量在它的额外输出容量规模内,市电中止后,在发电机投入运转进程中却常常发现作业不安稳,发作多种使发电机-UPS体系不能正常作业的现象,具体表现为:

  (1)负载反应的动摇电压,形成发电机的输出电压安稳度很差,常呈现发电机组输出电压振动。UPS整流器答应的输入电压规模一般在±15%或更宽,发电机的输出电压不安稳相对来说影响较小;

  (2) UPS整流器的输入谐波形成多个过零点;

  (3)发电机的频率(转速)振动:一般状况下,频率振动比电压、电流振动规模小,但影响比较大,导致UPS处于频频切换及非正常作业状况。频率振动一般在±5%以内,发电机组因为负载有规则的忽大忽小,形成其作业也忽强忽弱,机组振动加重,加快机械磨损,乃至机件严峻损坏。频率振动最显着特征之一,即柴油机作业噪声有规则的忽大忽小,因而有必要引起高度重视。

  (4)UPS作业不正常:空调压缩机发动和电梯升降的瞬间会导致发电机发作±5HZ频率漂移,形成UPS频频切换,当频率、电压振动改变超出UPS输入作业规模时,UPS由蓄电池供电,而发电机在无UPS负载时康复正常,随即UPS又主动投入以致交错进行。频率漂移会对UPS正常运转发作两方面影响:

  ①不能旁路。在旁路电源的频率和电压处于答应的规模内,UPS的逆变器输出盯梢旁路电源,逆变电源与旁路电源锁相、同步。当旁路电源由发电机供给时,频率会发作快速的改变,当频率改变超出预先设定的极限值时,逆变器频率改变就跟不上旁路电源的频率改变。这时静态旁路开关将制止切换到旁路(在这种状况下切换,有可能形成逆变器过流、短路)。在这种旁路电源频率无法盯梢的状况下,UPS只会宣布警示性告警,逆变器仍继续供给电源给负载。

  ②电池寿数缩短。前面说到瞬间的大负载动摇可能导致发电机频率发作±5Hz的漂移,这将导致SCR(可控硅)整流器的驱动信号与输入沟通电失掉同步,形成整流器封闭。在整流器重新发动进入正常作业期间,UPS转为电池供电,如此过分地放电循环,将显着缩短电池寿数,更严峻的景象会将电池能量悉数放光,中止电源输出。

  3、发电机运转不安稳原因剖析

  在“市电-发电机-UPS”供电体系中,因为UPS电路结构决议了其输入非线性的特性,最典型的是传统双改换在线式UPS,因为其输入端AC/DC改换器是整流滤波电路,它的输入电流是脉动电流,不只输入功率因数低(~),还包含大量的高次谐波电流(30%~40%),而低输入功率因数和谐波电流都会经过发电机定子线圈的理性内阻,因为发电机组定子线圈内阻大于电力变压器的短路阻抗,因而发电机更易遭到非线性负载的影响,即在相同的负载电流波形失真度(THDI)状况下,其电压波形失真度(THDU)大于变压器;一起UPS的谐波电流使发电机损耗显着增大(磁滞损耗正比于电流频率,涡流损耗正比于电流频率的平方,以及导线的电流趋肤效应),并使得发电机的输出电压波形失真度显着增大,严峻影响发电机的正常作业。

  别的,负载的阶跃改变、UPS前端的滤波器供给的容性电流都是形成发电机组不能正常作业的首要原因。

  例如某机房装备的发电机与双改换在线式UPS并机体系,丈量发现发电机带载时负荷率到达70%、UPS输入端电流波形失真度%、发电机负载功率因数为容性超前3时,发电机带载时UPS会有“旁路电源相位超限,体系降级运转,旁路不可用”等警示性报警信息,一起发电机无功功率显现数据改变较大。

  4、发电机组与UPS的装备

  要改进备用发电机与UPS设备之间匹配问题,在尽量挑选功用优秀发电机的一起,应把首要精力放在改进UPS的输入特性和改进两种之间的衔接办法上。

  (1)不同的功率输出对柴油发电机组的影响

  依据UPS容量,一般配套发电机组的容量为UPS容量的2~倍。而事实上,UPS一般作业在50%~80%额外容量,而对发电机组来说,其宣布的功率可能为额外容量的30%左右。这样不光形成发电机组的容量不能充分利用,添加了设备的出资,形成了“大马拉小车”的现象,并且使发电机组更简单发作毛病,添加了保护量,降低了发电机组的作业可靠性,其原因是:

  ①依据柴油机的特性,如果在小负荷下长期作业,气缸内温度较低,正常进入气缸内的润滑油不能彻底焚烧,而燃油也不能充分焚烧,形成活塞环处、喷油嘴处积炭严峻,气缸磨损加重,因而使上述部位加快毛病的发作,使柴油机作业功用下降,排气冒黑烟。

  ②柴油机处于30%额外负载以下,经济性变差。

  归纳各种因素,发电机组要求负载有必要在60%以上额外负载的状况下作业,对柴油机较为有利。

  (2)现代同步沟通发电机的励磁办法的不同对负载的影响也不同

  实践上UPS与发电机的功率比可在1:(1~)之间配套,其关键是要考虑发电机组中现代同步沟通发电机的励磁办法。当选用自激式同步沟通发电机,其UPS功率与发电机组功率之比至少应为1:(2~),但仍不能扫除发电机组不受UPS的影响,当选用永磁式发电机时,功率比可取1:(~5),即可保证发电机组正常作业。

  (3)发电机组与UPS的选型问题

  ①尽可能挑选内阻小的发电机组。

  ②发电机组的稳压励磁调理等尽可能选用不受UPS输入谐波电流影响的类型,比方选用PMG(永磁发电机)鼓励式。

  ③应挑选电流波形失真度较小、功率因数较高的UPS,即便添加成本,其费效比也远远高于添加油机的容量。和油机匹配最好,依照业界通用的UPS整流技能,运转最安稳的整流技能依次是:IGBT整流(有源功率因数校对)、12脉冲整流+11次谐波滤波器、有源滤波器+无源滤波器+相控整流、6脉冲整流+5次谐波滤波器、6脉冲整流器等。

  ④要求UPS应具有高速宽频的整流控制电路以及旁路琐相频率规模和逆变器同步速率现场可调功用。

  ⑤ UPS应具有斜坡发动功用,保证整流器在发电机上逐步发动,发动进程应继续大约10秒钟;当市电康复时,整流器应可以经过一个辅佐开关逐步斜坡中止,从而避免搅扰其它负载,避免发电机飞车。

  ⑥ UPS还应具有延时发动的功用,避免一切负载在发电机上一起发动,形成发电机过载,延迟时间为0~255秒。

  ⑦ UPS应具有发电机运转时的第二级充电限流,避免因为发电机出力缺乏,而电池组却需求很大充电电流的对立,第二级充电限流应为0~C10可调。

  由上可见,发电机与UPS合作的好坏或兼容性,首要取决于发电机输出阻抗和UPS的输入电流失真度。在发电机组与UPS的配套中,其功率比彻底可以做到1:1,而在发电机组的选型上,不光要考虑到功率配套适宜,更应了解发电机的励磁型式,以便能习惯UPS(非线性负载)而正常作业。

  大型数据中心机房考虑到市电中止时,发电机所带负载包含UPS(计算机类设备)、空调、应急电源、消防电梯等设备,对发电机发动搅扰较大,一般主张发电机装备容量至少应满意一切负载总功率要求,并留有30%~40%的余量。

  5、发电机组的运用与保护

  为保证发电机组的安全运转,日常运转保护和快速的毛病扫除至关重要。发电机组的不同,保护、检修内容、过程、办法有所区别,一般应依照发电机组保养要求和本单位拟定的保护方案进行。首要包含:

  (1)定时查看项目:定时丈量发电机电池组的电压及内阻状况,并进行记载;定时查看空气过滤器、冷却液液位、驱动皮带、排烟体系、燃油液位、机油液位、各种控制器以及作业环境等状况

  (2)须依照发电机组保养要求及时更换机油、三滤、发动电池及冷却液。

  (3)定时由供货商对发电机组进行检测并出具陈述

  (4)定时(至少一个季度)进行发电机组空载、带载测验

  柴油发电机组呈现的毛病,应该坚持头脑冷静,有过程有目的地进行查看与剖析,切不可手忙脚乱盲目查看,胡乱拆卸,应依据毛病的异常征兆、痕迹、响声、呈现机遇、改变规则来寻觅毛病发作部位,首先从原理与结构层面进行细致的剖析推理,作出正确判别来寻觅发作毛病原因。查找毛病的过程应从简到繁,由外至内,按体系部位分段进行。

  关于由“市电-发电机-UPS”组成的供电体系,发电机组自身的毛病一般都由厂家、供货商专业技能人员完结,关于实践带载中呈现的一些体系性问题,除专业人员扫除机器自身毛病外,还应考虑其他原因,例如发电机输出电压过高或过低时应查看负载状况,是否由负载不平衡引起;发电机作业频率不安稳时应查看是否负载太大。


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