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            安裝選型
            關于機房發電機組的探討
            頁面更新時間:2016-02-28 08:39

                  

              該系統不但要求發電機組自動化程度高,更要求發電機必須適應UPS這一非線性負載的特性,使其在無市電的情況下保障UPS對負載的可靠供電。
              
              但在實際選配和使用發電機過程中,經常出現由于發電機容量不足或維護不當等原因,造成市電停電時發電機不能正常工作的情況。如何正確選配金融業機房供電系統中發電機組,如何做好發電機組與UPS的匹配及發電機的使用維護等工作是機房管理人員要特別重視的問題。
              
              一、發電機組主要參數
              
              當前,性能優良的柴油發電機是一個功能完善、功率容量范圍大、對環境和場地條件要求低、安裝使用方便的小型發電設備。其使用相對廣泛,輸出容量從數KVA到數兆VA。柴油發電機組主體主要由發動機、發電機和控制系統三部分組成。其中與現代柴油發電機組配套的同步交流發電機由于性能及結構的特點,普遍采用自勵恒壓型,通常選用自激式同步交流發電機和PMG永磁式激勵式同步交流發電機。發電機組包括以下幾項主要性能參數。
              
              電壓調整率:在負載功率因數為0.8-1、負載空載至滿載變化、從冷機到滿機及轉速下跌4.5%以內等情況下,電壓調整率可以控制在±1%以內。
              
              頻率調整率:負載從0-100%范圍內變化,頻率穩定不變。
              
              隨機頻率波動:負載處于0-100%功率之間任何值,隨機頻率波動率最大值±0.25%。
              
              電壓波形:電路開路空載,最大總波形畸變1.5%,只相平衡負載最大總波形畸變5%。
              
              二、發電機使用中容易產生的問題
              
              金融業機房一般采用“市電——發電機——UPS”并機系統組成的供電系統。系統中,發電機的負載主要包括UPS、機房專用空調、應急照明、消防電梯等,這些負載啟動或運行時都會對發電機產生振蕩和干擾。盡管在組成“市電——發電機——UPS”供電系統時,發電機的負載量在其額定輸出容量范圍內,但在實際情況中,市電中斷而發電機投人運行過程中卻經常發生工作不穩定,產生多種使“發電機——UPS”系統不能正常工作的現象。
              
              1、負載反饋的波動電壓造成發電機輸出電壓穩定度較差,常出現發電機組輸出電壓振蕩現象。UPS整流器允許的輸人電壓范圍一般在±15%巧或更寬,發電機的輸出電壓不穩定對其影響較小。

              2、UPS整流器的輸人諧波造成多個過零點。
              
              3、發電機的頻率(轉速)振蕩一般情況下,頻率振蕩比電壓、電流振蕩范圍小,但影響比較大,導致UPS處于頻繁切換及非正常工作狀態。頻率振蕩一般在±5%以內,由于負載有規律地忽大忽小,造成發電機組工作也忽強忽弱,加劇機組振動,加速機械磨損,甚至引起機件嚴重損壞。頻率振蕩最明顯的特征之一,即柴油機工作噪聲有規律地忽大忽小,因此必須引起高度重視。
              
              4、工作不正?照{壓縮機啟動和電梯升降的瞬間會導致發電機發生±Hz頻率漂移,造成UPS頻繁切換。當頻率、電壓振蕩變化超出UPS輸入工作范圍時,UPS由蓄電池供電,而發電機在無UPS負載時恢復正常,隨即UPS又自動投人,這樣交錯進行。頻率漂移會對UPS正常運行產生兩方面影響。
              
             、俨荒芘月。在旁路電源的頻率和電壓處于允許的范圍內,UPS的逆變器輸出跟蹤旁路電源,逆變電源與旁路電源鎖相、同步。當旁路電源由發電機提供時,頻率會發生快速的變化。當頻率變化超出預先設定的極限值時,逆變器頻率變化就跟不上旁路電源的頻率變化。這時靜態旁路開關將禁止切換到旁路在這種情況下切換,有可能造成逆變器過流、短路。在這種旁路電源頻率無法跟蹤的狀況下,UPS只會發出警示性告警,逆變器仍繼續提供電源給負載。
              
             、陔姵貕勖s短。瞬間的大負載波動可能導致發電機頻率產生±5Hz的漂移,這將導致可控硅整流器的驅動信號與輸入交流電失去同步,造成整流器關閉。在整流器重新啟動進人正常工作期間,UPS轉為電池供電,這樣過分的放電循環將明顯縮短電池壽命,更嚴重的情形是會將電池能量全部放光,中斷輸出。

              三、發電機運行不穩定原因分析
              
              在“市電——發電機——UPS”供電系統中,UPS電路結構決定了其輸人非線性的特性。最典型的是傳統雙變換在線式UPS,由于其輸人端AC/DC變換器是整流濾波電路,它的輸入電流是脈動電流,不僅輸入功率因數低(0.7一0.8),還包括大量的高次諧波電流(30%一40%)。低輸人功率因數和諧波電流都會通過發電機定子線圈的感性內阻,由于發電機組定子線圈內阻大于電力變壓器的短路阻抗,因此發電機更易受到非線性負載的影響,即在同樣的負載電流波形失真度(THDI)情況下,其電壓波形失真度(THDI)大于變壓器。同時的諧波電流使發電機損耗明顯增大(磁滯損耗正比于電流頻率,渦流損耗比于電流頻率的平方及導線的電流趨膚效應),并使得發電機的輸出電壓波形失真度明顯增大,嚴重影響發電機的正常工作。
              
              此外,負載的階躍變化、UPS前端濾波器提供的容性電流都是造成發電機組不能正常工作的主要原因。例如,某機房配置的發電機與雙變換在線式UPS并機系統,測量發現發電機帶載時負荷率達到70%、輸人端電流波形失真度4.8%、發電機負載功率因數為容性超前時0.93,發電機帶載時UPS會有“旁路電源相位超限,系統降級運行,旁路不可用”等警示性報警信息,同時發電機無功功率顯示數據變化較大。

              四、發電機組與UPS的配置
              
              要改善備用發電機與UPS設備之間的匹配問題,在盡量選擇性能優良的發電機的同時,應主要改善UPS的輸人特性和兩種設備之間的連接方式。
              
              1、不同的功率輸出對柴油發電機組的影響
              
              根據UPS容量,一般配套發電機組的容量為UPS容量的2-2.5倍。而事實上,UPS一般工作在50%-80%額定容量,對發電機組來說,其發出的功率僅為額定容量的30%左右,這樣發電機組的容量不能充分利用,浪費了設備投資,造成了“大馬拉小車”的現象,而且使發電機組更容易產生故障,增加了維護量,降低了發電機組的工作可靠性。
              
             。1)根據柴油機的特性,如果在小負荷下長期工作,氣缸內溫度較低,造成噴入燃燒室內的燃油不能完全燃燒。一部分未能燃燒的燃油順缸壁流入曲軸箱,破壞了潤滑油的油膜降低潤滑效果,造成活塞環處、噴油嘴處積炭嚴重,氣缸磨損加劇,因而使上述部位加速故障的產生,使柴油機工作性能下降。
             。2)柴油機處于30%額定負載以下,經濟性變差。
               綜合各種因素,發電機組要求負載必須在60%以上額定負載的情況下工作,對柴油機較為有利。
              
               2、現代同步交流發電機勵磁方式的不同對負載的影響
              
              UPS與發電機的功率比可在1:1-1.5之間配套,關鍵是要考慮發電機組中現代同步交流發電機的勵磁方式。當采用自激式同步交流發電機時,其UPS功率與發電機組功率之比至少應為1:2-2.5,但仍不能排除發電機組不受的影響當采用永磁式發電機時,功率比可取1:1.2-1.25,即可保證發電機組正常工作。
              3、與發電機組匹配時選擇應考慮的問題
              
              (1)應選擇電流波形失真度較小、功率因數較高的UPS,同時UPS應具備高速寬頻的整流控制電路,具有旁路鎖相頻率范圍和逆變器同步速率現場可調功能。
              (2)UPS應具有斜坡啟動功能,保證整流器在發電機上逐漸啟動,啟動過程應持續大約10秒鐘當市電恢復時,整流器應可以通過一個輔助開關逐漸斜坡停止,從而避免干擾其他負載,防止發電機飛車。
              (3)UPS還應具有延時啟動的功能,防止所有負載在發電機上同時啟動,造成發電機過載,延遲時間為0-255秒。
              (4)UPS應具有發電機運行時的第二級充電限流,防止出現發電機出力不足,電池組卻需要很大充電電流的矛盾,第二級充電限流應為0-0.1C10(C10為電池安時數)可調。
              
              由上可見,UPS發電機與配合的好壞或兼容性,主要取決于發電機輸出阻抗和UPS的輸人電流失真度。在發電機組與的配套中,其功率比完全可以做到1:1,而在發電機組的選型上,不但要考慮到功率配套適宜,更應了解發電機的勵磁型式,以便能適應UPS(非線性負載)而正常工作。
              
              考慮到市電中斷時,金融業機房發電機所帶負載包括UPS(計算機類設備)、空調、應急電源、消防電梯等設備,對發電機啟動干擾較大,一般建議發電機配備容量至少應滿足所有負載總功率要求,并留有30%-40%的余量。
              
              五、發電機組的使用與維護
              
              為確保發電機組的安全運行,日常運行維護和快速的故障排除至關重要。根據發電機組的不同,維護和檢修的內容、步驟、方法有所區別,一般應按照發電機組保養要求和本單位制定的維護計劃進行。
              (1)定期檢查項目定期測量發電機電池組的電壓及內阻情況,并進行記錄定期檢查空氣過濾器、冷卻液位、驅動皮帶、排煙系統、燃油液位、機油液位、各種控制器及工作環境等情況。
              (2)須按照發電機組保養要求及時更換機油、三濾、啟動電池及冷卻液。
              (3)定期由供應商對發電機組進行檢測,并出具報上口
              (4)定期(至少一個季度一次)進行發電機組空載、帶載測試。
              
              針對柴油發電機組出現的故障,應該有步驟有目的地進行檢查與分析,切不可盲目檢查,胡亂拆卸。應根據故障的異常征兆、跡象、響聲、出現時機、變化規律來尋找故障產生的部位,從原理與結構層面進行細致的分析推理,做出正確判斷來尋找產生故障原因。查找故障時,應從簡到繁、由表及里,按系統部位分段分步驟進行。
              
              責任編輯:尕刺

             

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