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機房設(shè)計與設(shè)備安裝 |
數(shù)據(jù)中心所用柴油發(fā)電機的選擇及機房標準 |
導讀：在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計過程中，柴油發(fā)電機組的選擇尤為重要。各項技術(shù)指標的選擇，與負載特性的配合以及土建基礎(chǔ)設(shè)施的配合等方面都值得深入思考。數(shù)據(jù)中心持續(xù)功率在柴油發(fā)電機組行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用在持續(xù)增長，該如何確定哪種發(fā)電機組最適數(shù)據(jù)中心項目？本文將對這些問題展開探討，詳細闡述柴發(fā)設(shè)置規(guī)定、性能等級、常見啟動方式和柴發(fā)機房的要求等相關(guān)內(nèi)容。
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，很多產(chǎn)業(yè)都與這項技術(shù)接軌。網(wǎng)絡(luò)信息的流量也隨之越來越大，存儲、處理和分析如此海量的數(shù)據(jù)(即我們所指的“大數(shù)據(jù)”)成為必然。近幾年來，數(shù)據(jù)中心在各個行業(yè)的重視下，數(shù)量越來越多，而且在迅猛膨脹的數(shù)據(jù)要求下，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模也越來越大。在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計過程中，電力保障系統(tǒng)在諸多系統(tǒng)中顯得尤為重要，而作為電力保障的重要組成環(huán)節(jié)，柴油發(fā)電機組的選擇與應(yīng)用在以往小機房的建設(shè)中很少涉足。
數(shù)據(jù)中心能讓企業(yè)和用戶快速讀取數(shù)據(jù)，但維持數(shù)據(jù)中心正常運轉(zhuǎn)及給機房散熱都需要消耗大量的電力。這些設(shè)施的溫度維持在20CIC左右，是服務(wù)器的理想工作環(huán)境溫度。即使僅僅幾分鐘的電力中斷，都可能使整個企業(yè)的工作中斷，造成重大經(jīng)濟損失。因此，這些設(shè)施不僅需要穩(wěn)定的電力，它們的連續(xù)可用性還必須有備用電源提供保障。這正是專為數(shù)據(jù)中心設(shè)計的發(fā)電機組的用武之地。
數(shù)據(jù)中心柴發(fā)機房預(yù)制圖
一、柴發(fā)設(shè)置規(guī)定
多種因素共同決定著如何在市場上現(xiàn)有發(fā)電機組中進行選擇：主電網(wǎng)的可靠性；發(fā)電機組整體預(yù)算；數(shù)據(jù)中心所存數(shù)據(jù)的敏感度，決定著在出現(xiàn)電源中斷時要求被保護程度的高低。根據(jù)民用建筑柴油發(fā)電機房設(shè)計主要依據(jù)GB 50352 - 2019《民用建筑設(shè)計統(tǒng)一標準》、GB 50016 - 2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018年版）和 GB 51348 - 2019《民用建筑電氣設(shè)計標準》等相關(guān)條文以及《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》(GB50174—2008)中規(guī)定：
○ A級機房設(shè)N或N+x臺冗余(X=1～N)后備柴油發(fā)電機。
○ B級機房供電電源不能滿足要求時，設(shè)N臺后備柴油發(fā)電機。
○ C級機房當不間斷電源系統(tǒng)的供電時間滿足信息存儲要求時，可不設(shè)置柴油發(fā)電機。
由此可見，除了一些不重要的C級機房，A、B級機房設(shè)置后備柴油發(fā)電機是有必要的。
二、性能等級：
為了滿足各供電系統(tǒng)的不同要求，《往復(fù)式內(nèi)燃機驅(qū)動的交流發(fā)電機組》(GB／T 2820.1-2009)定義了4種性能等級，如表1所示。
表1 性能等級表
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等級
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適用范圍
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實例
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G1級
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只需規(guī)定其基本的電壓和頻率參數(shù)的連接負載。其電壓特性與公用電力系統(tǒng)非常類似。
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一般用途（照明和其他簡單的電氣負載）。
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G2級
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當負載發(fā)生變化時，可有暫時的然而是允許的電壓和頻率的偏差。
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照明系統(tǒng)；泵、風機和卷揚機。
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G3級
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連接的設(shè)備對發(fā)電機組的頻率、電壓和波形特性有嚴格的要求。
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電信負載和晶閘管控制的負載。整流器和晶閘管控制的負載對發(fā)電機電壓波形的影響需要特殊考慮。
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G4級
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對發(fā)電機組的頻率、電壓和波形特性有特別嚴格要求的負載。
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數(shù)據(jù)處理設(shè)備或計算機系統(tǒng)。
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從表1中可以分析得出，對于數(shù)據(jù)中心，由于其負載大多是IT負載，由UPS提供持續(xù)運行的電源，其所選用的柴油發(fā)電機組應(yīng)該達到G3級或G4級規(guī)定的要求，同時達到《通信用柴油發(fā)電機組的進網(wǎng)質(zhì)量認證檢測實施細則》規(guī)定的24項性能指標要求。
三、并機常見啟動方式
1、原廠并機啟動方式
當柴油發(fā)電機組控制屏和并車主控制屏處于自動模式時，一旦兩路正常電源發(fā)生故障，在收到啟動信號10s內(nèi)，各臺柴油發(fā)電機機組將同時自行啟動，最先建立電壓和頻率的機組首先自動投入到母線，其余機組參照母線上電流電壓依次同期并聯(lián)運行，然后通過輸出開關(guān)柜為所連接的負載提供應(yīng)急電源。為柴油發(fā)電機主控制屏配備報警系統(tǒng)，當柴油發(fā)電機故障時自動停機、卸載。當正常電源恢復(fù)供電時，關(guān)閉發(fā)電機，復(fù)位到待機狀態(tài)，直至下一次電源故障時再啟動。當正常電源恢復(fù)后，系統(tǒng)經(jīng)過可調(diào)整的時間延遲，自動將所有負荷切換回正常電源。發(fā)電機斷路器同時斷開，柴油機將在無負載情況下運行0～30min，時間可以通過控制屏調(diào)節(jié)?？刂破磷詣訌?fù)位到待機狀態(tài)。
2、第三方并機啟動方式
與原廠并機啟動方式不同之處在于，當柴油發(fā)電機組控制屏和并車主控制屏處于自動模式時，一旦兩路正常電源發(fā)生故障，在收到啟動信號10s內(nèi)發(fā)電機啟動，第一臺建立穩(wěn)定的額定電壓和頻率，并通過發(fā)電機斷路器連接到應(yīng)急母線，然后第二臺自動同步啟動并聯(lián)于主母線，依次到最后一臺自動同步啟動并聯(lián)于主母線，分擔系統(tǒng)負載。全組機組的投切順序可以通過編程設(shè)定。
3、選擇分析
兩種啟動方式依據(jù)工程特點可進行不同的選擇以10臺10kV機組并機為例，原廠并機系統(tǒng)20s可完成整組完全啟動投入負載，第三方并機系統(tǒng)由于要等機組順序啟動，往往要60s左右才能完成，最不利情況甚至達到100s。因此，對于同組并機臺數(shù)較多且業(yè)主對工程可靠性要求很高時，建議采用原廠并機系統(tǒng)。但是從經(jīng)濟性方面比較，原廠并機系統(tǒng)除某些機組自帶原廠啟動模塊外，一般需在每臺機組加裝該模塊，模塊價格在6萬元～10萬元／臺。當同組并機柴油發(fā)電機組大于3臺時，原廠并機系統(tǒng)造價大于第三方系統(tǒng)。第三方并機系統(tǒng)適用于業(yè)主對投資比較敏感，且對工程可靠性的要求不太嚴格的工程。對大型并機系統(tǒng)，柴油發(fā)電機組并機不成功從而供電失敗導致的損失遠大于采用第三方并機系統(tǒng)節(jié)約下來的投資，故推薦采用原廠并機系統(tǒng)。
并車系統(tǒng)電路圖
三、機房要求:
1、選址
按以往建設(shè)經(jīng)驗，機電用房往往設(shè)置在建筑物的地下，這樣可以增大地上各層的使用面積，更好地實現(xiàn)參觀效果，但對于柴油發(fā)電機組的布置需要經(jīng)過分析。一般的公共建筑，通常為了保障生命安全需要設(shè)置柴油發(fā)電機組為消防及非常重要負荷提供后備電源，這種機組設(shè)置一臺就基本滿足要求，所以它的進排風豎井以及排煙管道很好解決：但對于數(shù)據(jù)中心，尤其是3臺以上機組并機的情況，其進排風的要求就尤其重要了。對于一臺PRP基本功率為1800kW的機組來說，其自然進風面積已經(jīng)達到12m，排風面積達到8 m，如果是多臺并機，對建筑專業(yè)來說在地下布置如此巨大的進排風井是一個考驗：而且與單臺機組不同，多臺機組的進排風井不能相鄰設(shè)置，以避免風路短路，這樣一來難上加難。因此，在條件允許的情況下，建議盡量設(shè)置單獨的柴油發(fā)電機樓，利用自然條件解決進排風問題，同時，維護柴油發(fā)電機的人員可不進入機房區(qū)，避免人流混雜，提高機房使用安全。此外，還需注意：柴油發(fā)電機房的位置應(yīng)盡量避免設(shè)置在建筑物的主風向處，以防止含硫排放物對機房IT設(shè)備的污染腐蝕。
2、儲油罐設(shè)置
對于A級機房，《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》(GB50174—2008)要求備油時間達到72h，定義rr4機房備油96h、T3機房備油72h，但修訂后的U ptim e Tier Standards topology2012中已改為Tier IV可各油12h，這是一個好消息。對于大型甚至超大型的數(shù)據(jù)中心，72h是一個難以想象的數(shù)字，其儲油量相當于一個油庫，而之后運營時的柴油老化與更新，更將是對運維人員的考驗。希望正在修編的《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》(G B50 174-2008)也能夠區(qū)分對待儲油問題，筆者認為在供油條件良好，并與供油企業(yè)簽訂相關(guān)協(xié)議的前提下，A級機房實現(xiàn)12h～24h供油是有物質(zhì)基礎(chǔ)的。
（1）機房內(nèi)設(shè)置儲油間時，其總儲存量不應(yīng)大于1 m3 。民用建筑消防負荷應(yīng)急供電時間滿足3 h即可，1 m3 柴油基本可滿足常用功率1 200 kW機組滿載運行3h，當機房柴油發(fā)電機組總功率超過1200 kW或?qū)τ卺t(yī)療、星級酒店建筑等對柴油發(fā)電機組應(yīng)急時間要求較高的場所，1 m3 柴油存儲量就不滿足供油要求了，此時根據(jù)項目條件可采取預(yù)留供油接口或設(shè)置室外油罐方式解決供油問題。
當采用室外埋地油罐時，需要注意防火間距要求，柴油屬于丙類液體燃料，民用建筑柴油埋地油罐一般不大于15 m3 ，可按GB 50016 - 2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018年版）第4.2.1條及注釋第6條要求，滿足其與建筑物的防火間距要求，當滿足防火間距要求較困難時，可按第5.4.14條第1款要求“當總?cè)萘坎淮笥?5 m3 ，且直埋于建筑附近、面向油罐一面4.0 m范圍內(nèi)的建筑外墻為防火墻時，儲罐與建筑的防火間距不限”處理，埋地油罐尺寸和做法可參考國標圖集02R111《小型立、臥式油罐圖集》。另外該規(guī)范第4.2.9條還要求柴油埋地油罐與場區(qū)內(nèi)道路的防火間距要滿足距主要道路 ≥ 10 m，距次要道路 ≥ 5 m，在建筑總圖設(shè)計當中需要引起注意，還需要注意在地下室靠埋地油罐方向的外墻上為柴油供油管及回油管預(yù)埋4SC100進線防水套管。
（2）在進入建筑物前和設(shè)備間內(nèi)的管道上均應(yīng)設(shè)置自動和手動切斷閥；儲油間的油箱應(yīng)密閉且應(yīng)設(shè)置通向室外的通氣管，通氣管應(yīng)設(shè)置帶阻火器的呼吸閥，油箱的下部應(yīng)設(shè)置防止油品流散的設(shè)施。雖然柴油發(fā)電機房后期由柴油發(fā)電機供應(yīng)商進行深化處理，此強制性條款電氣設(shè)計只在機房設(shè)計說明中進行交待，但嚴格來說并不能滿足要求，在畫柴油發(fā)電機房電氣大樣圖時還應(yīng)對此條進行設(shè)計，設(shè)計實施可參考圖1設(shè)計方案。
儲油間油管布置圖
3、噪音要求
排放物及噪音對于大中型數(shù)據(jù)中心，由于其保障容量大，所以柴油發(fā)電機組的數(shù)量也相對可觀，其對空氣的污染以及機組運行噪聲自然也備受關(guān)注。一般要求整個機房環(huán)保處理工程達到《聲環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3096—2008)的要求，噪聲執(zhí)行Ⅱ類標準(即晝間≤60dB(A)，夜間≤50dB(A))，其排煙管應(yīng)高出屋面并符合環(huán)保部門的要求。煙色須經(jīng)處理，執(zhí)行各地大氣污染物綜合排放標準。以北京為例，應(yīng)執(zhí)行北京市地方標準《大氣污染物綜合排放標準》(DB11／501.2007)第Ⅱ時段標準。其煙氣黑度不得超過林格曼1級，并通過管道高空排放。工程完工后提供政府環(huán)保部門需要的監(jiān)測報告。
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