数据中心专用的智能环保方舱电站

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数据机房应急备用柴油发电机组一般功率级较高，多为多台机组并机供电，电压等级为0.4kV和10.5kV.由于柴油发电机机房占地面积大，建设周期长，扩展性差，严重制约了数据机房的建设和扩展。

　　　　
　　　
　　1 数据机房专用低噪声方舱电站概述
　　
　　数据机房应急备用柴油发电机组一般功率级较高，多为多台机组并机供电，电压等级为0.4kV和10.5kV.由于柴油发电机机房占地面积大，建设周期长，扩展性差，严重制约了数据机房的建设和扩展。
　　
　　以低噪声方舱电站的形式为数据机房提供应急备用电源，可省去机房建设的周期和费用，配置和组合相当灵活，机组可选低压0.4kV，也可选高压10.5kV，可以单台配置，也可多台并联，最多可实现32台的并联。方舱电站为组合式低噪声电站，可方便拆卸和运输，安装后不用再做降噪处理，极大地减少了噪声对周围环境的影响。
　　
　　2 10.5kV高压方舱电站
　　
　　随着数据业务的发展，将会出现许多高供电负荷的数据机房单体建筑或建筑群，每栋单体建筑的供电负荷可达20000kVA，甚至超过30000kVA，而且这种规模的建筑的单层面积相对较大。对于这种数据机房楼，若采用传统形式的低压发电机组，将会造成首层大量建筑面积的占用，并影响高低压变配电设备的布置及空调制冷设备的布置，在机房面积相对较小的情况下，发电机房的进排风也难以解决。
　　
　　若低压发电机组设置在楼外独立设置的发电机房内，低电压、大电流、长距离也会造成能量损耗，而且给施工和运行维护等方面带来不便。
　　
　　高压机组因机组的输出电压10.5kV与机房市电供电系统电压一致，可直接接入供电系统，省去了大笔供配电系统的设备投资。同时由于机组的输出电压高，输出电流小，在动力传输过程功率损失最小，适合远距离输送。高压方舱电站可在机楼外独立配置，占地面积小，配置和组合相当灵活。
　　
　　高压方舱电站并机系统采用液晶智能主控模块，集发电机组的操作、控制、保护、参数显示、并机、负载分配于一体，最多可实现32台机组的并联。
　　
　　并机系统采用全数字式控制，并机精度极高，并机环流小于1%，无触点设计，故障率极低。并机投入及解列仅需一键操作，不存在误操作可能。并具备带载并联、平滑负载转移功能。
　　
　　其主要特点和功能有：
　　
　　（1）模块化无触点结构，微处理器快速管理，精确设置和可靠性高。
　　（2）最多可达32台机组全自动并车，满足不同功率段应急电源的需要，最大单机功率可达2000kW.并机后最大功率可达64000kW.
　　
　　（3）电站之间仅需通过通信线并用快速接插件连接，简单快捷，现场无需调整即能投入使用。
　　
　　（4）不同功率和不同品牌电站均可以并机运行。
　　
　　（5）通过启动负载储备及运行负载储备等的设定，可保证在负载变动时提供稳定的电源和最佳的节能运行。
　　
　　（6）机组之间通过CAN工业控制器高速总线进行通讯，抗干扰能力强。
　　
　　（7）方便地实现多台电站不停电负载平稳转移，确保长时间连续供电。
　　
　　3 组合式低噪声方舱电站结构特点
　　
　　组合式低噪声方舱电站包括柴油机、发电机、安装底座、冷却水箱、启动蓄电池组、减震橡胶垫、组合式降噪方舱、排烟消声装置、日用油箱和系统集成的控制和开关柜等。
　　
　　柴油机和发电机通过弹性联轴器对中定位连成一体，柴油机的飞轮盘和发电机的输入轴通过联轴器连接传递动力。散热水箱是机组的散热器，由柴油机驱动风扇把冷风吹进散热水箱的散热片间隙，将冷却水的热量传递给大气，降低冷却水的温度。安装底座是发动机和发电机的公共底座，其结构是一个刚性的钢结构框架。柴油机、发电机和散热水箱直接安装在公共底座上。降噪方舱是机组的防护罩壳，由控制柜方舱、动力方舱、进风扩展舱和排风扩展舱组成。降噪方舱内置进、排风消声器和排烟消声装置，在保证机组正常通风量的前提下降低噪声的传播。机组的安装底座下面安装橡胶减震垫并固定在降噪方舱底板的骨架上，以阻滞机组工作时震动的传递和运输时车辆震动对机组的损害。启动蓄电池组为柴油机的直流启动马达提供电力，直流启动马达带动曲轴旋转，使柴油机启动。启动蓄电池组布置在靠近机组启动马达的方舱内底板上并给予固定。日用油箱为柴油机提供燃油。控制开关柜是机组的控制系统和电力输出系统总成，包括启动，保护，通信等各种功能和机组电力输出的总开关。电力输出的总开关是连接机组和负载的中间节点。
　　
　　组合式方舱根据运输条件设计成满足运输条件的四个独立的小方舱，到达使用地点后再拼装成整体，大大方便移动和运输。该四个小方舱分别在其对应的连接面上用螺栓和密封条联结，它们为控制柜方舱、动力方舱、进风扩展舱及排风扩展舱，其中，控制柜方舱、动力方舱设置在组合式方舱的下部，进风扩展舱及排风扩展舱分别设置在控制柜方舱、动力方舱的顶面。
　　
　　排烟管、油管分别用法兰和密封垫片连接，电缆用母排连接。在结构设计上充分考虑了方舱拆装的工艺性和可靠性。
　　
　　4 低噪声工作原理
　　
　　4.1 满功率低噪声工作
　　
　　大功率柴油发电机组运行时，通常会产生110dB（A）以上的噪声，如果没有采取必要的降噪措施，机组运行时的震动、噪声将对周围环境造成严重损害。为了保护和改善环境质量，必须对震动、噪声进行控制。本项目降噪方舱通过减震和隔震装置及机舱采用高效吸音材料，用降噪消声装置对进、排风通道和排气系统进行了降噪处理，极大地减少了噪声对周围环境的影响。
　　
　　一般来说，方舱降噪处理改变了机组正常的工作环境，稍有不慎即会影响机组的功率输出，严重时会停机保护。我们通过对机组进排风量和排气背压的准确设计，很好的把握了满功率输出和降噪的平衡点，确保机组在满足通风冷却及许用排气背压条件下实现低噪声工作的要求，实现了满功率低噪声工作。
　　
　　4.2 减震功能
　　
　　整体结构柴油机和发电机通过飞轮和弹性联轴器和发电机定位连成一体，能保证柴油机和发电机连接的同轴度，最大限度的减少机组运转时主轴上的扭振。
　　
　　橡胶减震垫布置在安装底座和动力方舱底板骨架之间，有效的隔断机组运转时的震动向方舱传递和缓冲运输时车辆震动对机组的冲击。
　　
　　橡胶减震垫结构为一种压剪复合型橡胶隔震垫，这种结构具有较高的承载能力，较低的刚度和较大的阻尼比，固有频率可做到5Hz.由于很低的固有频率，使减震垫在机组开动时或方舱电站移动时不容易引起共振，而较大的阻尼比使震动时的激震很快衰减。同时，上盖板特有的碗型设计能很好保护橡胶材料，刚性十足的漏斗型底板和椭圆型平面结构使底板的安装强度大大增强。碗型上盖板和漏斗型底板凹凸相扣，当极端情况下橡胶垫遭到破坏时机组也不会因橡胶垫损坏而造成结构破坏。
　　
　　有效的减震和隔震衰减了震动噪声的传播。
　　
　　4.3 吸声和消声措施
　　
　　（1）动力方舱的吸声处理
　　
　　动力方舱天花及四周墙壁均用高效吸音材料铺设，里层衬以冲孔率很高的镀锌冲孔钢板，冲孔钢板和高效吸音材料的完美配合就像无数声音活塞，当噪声穿过冲孔钢板小孔冲击吸音材料时，就像推动活塞运动一样，声波引起吸声材料孔隙中的空气和细小纤维的震动。由于摩擦和粘滞阻力，把一部分噪声能量变成声音活塞的动能消耗掉，从而减少了一部分噪声的向外传播。
　　
　（2）排烟消声系统
　　
　　排烟噪声是柴油机空气动力噪声的主要部分。其噪声一般要比柴油机整机高10-15dB（A），是首先要进行降噪控制的部分。消声器是控制排烟噪声的一种基本方法。正确选配消声器（或消声器组合）可使排气噪声减弱30-40dB（A）以上。
　　
　　根据消声原理，消声器结构可分为阻性消声器和抗性消声器两大类：
　　
　　a.阻性消声器是利用多孔吸声材料，以一定方式布置在管道内，当气流通过阻性消声器时，声波便引起吸声材料孔隙中的空气和细小纤维的震动。由于摩擦和粘滞阻力，声能变为热能而吸收，从而起到消声作用。
　　
　　b.抗性消声器是利用不同形状的管道和共振腔进行适当的组合，借助于管道截面和形状的变化而引起的声阻抗不匹配所产生的反射和干涉作用，达到衰减噪声的目的。其消声效果，与管道形状、尺寸和结构有关。一般选择性较强，适用于窄带噪声和低、中频噪声的消减。
　　
　　机组排烟系统的降噪处理：在柴油机允许的排烟背压范围内，我们应用一个波纹减震节、一个阻性消声器和一个抗性消声器的组合，有效地隔断了排烟震动和排烟噪声的传播。同时，对排烟管道进行隔热隔音包扎，也改善了机组的运行环境和由排烟管引起的噪声。
　　
　　（3）进、排风通道的消声处理
　　
　　进、排风通道是机组燃气量供应、冷却和热风排出的通道，同时也是机组噪声泄出的出口。为保证机组的正常通风量使机组满功率输出和减少噪声排放，在机组的进、排风通道布置阻性片式消声器，片式消声器通道的有效面积满足正常通风量的要求，新风路径为电动百页窗-扩张腔——动力方舱。噪声通过进风通道泄出的路径沿新风路径逆向。热风沿排风通道排出的路径为散热水箱-消声器-扩张腔-消声器-扩张腔-电动百页窗排出方舱外。噪声沿排风通道泄出与热风同向。由于布置了扩张腔，使噪声在经过片式消声器衰减后再经扩张腔扩张产生声阻抗不匹配的反射和干涉作用，达到噪声再衰减的目的。同时由于进、排风路径的拉长，使噪声在泄出过程中自然衰减，增加了降噪效果。
　　
　　5 结束语
　　
　　数据机房专用低噪声方舱电站以输出高压10.5kV为其主要特点，可以由多台并联满足超大功率等级用电需求。又由于方舱电站由4个小方舱组合成，可方便拆卸和道路运输。方舱电站占地面积小，布置灵活方便，特别适用于一些原来没有预留大功率柴油发电机组机房的数据机房楼和枢纽站楼扩容应用。同时对新建数据机房，选用高压方舱电站，可节省机房建设投资，减少对大楼有限建筑物优质资源的占用、方便分期扩容、缩短建设周期。数据机房专用低噪声方舱电站是一种理想的备用电源解决方案。
　　
　　

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