新聞主題	模塊化柴油發電機組集裝箱體的定制要求

 

摘要：現代化高等級的大型數據中心，柴油發電機組意味著是最后一道用電保障，其在數據中心的應用具有單機容量大、電壓等級高、臺數眾多的發展趨勢。相對于傳統的柴油機房占地空間大，建筑規劃難度高的缺點，康明斯公司在本文中提出了室外型發電機組集裝箱的模塊化柴發的設計思路。集裝箱式柴油發電機組是一種新興的備用電源建設模式，將整個供電系統分為N+1若干個獨立集裝箱。各集裝箱內柴油發電機的規格型號、功率負載、配置等均按照統一標準進行設計。并且隨著電力需求的變化，可不斷增加模塊化集裝箱發電機組，從而實現快速建設。

 

一、集裝箱柴油發電機組的選用

 

      近年來，隨著客戶需求的不斷提高，對數據中心機房硬件方面的要求也越來越嚴格。其中，提供高度可靠的電力供應，成為必備條件之一。為做到這一點，數據中心通常都由兩路獨立市電供電，同時由UPS和柴油發電機組配合，為關鍵設備提供市電中斷時的備用電源。其中UPS依靠備用電池組提供短時斷電的后備保證，而較長時間的市電中斷，則依靠柴油發電機組來提供電源。因此，柴油發電機組的正確選用，對數據中心的高可用性至關重要。針對上述應用特點，我們可以從設計階段開始，就做出針對性的安排，以在經濟合理的前提下，最大程度地提高其可靠性。

1、柴油發電機組額定容量的選擇

      在選擇柴油發電機組容量時，首先需要確定的問題是發電機組的功率定義。按照國標GB/T2820(等效于ISO8528)，發電機組的功率定額分三種，即持續功率(COP)、基本功率(PRP)、限時運行功率(LTP)以及應急備用功率(ESP)。對集裝箱式數據中心來說，通常都有兩路市電供電，市電的可靠性非常高，所備柴油發電機組年運行時間不可能超過500h，因此，在確定發電機組功率定額時，應按限時運行功率來選擇。

     此外，由于空間有限，一般數據中心普遍采用室外集裝箱式柴油發電機組作為應急電源的方式的趨勢越來越明顯。其主要構成分為柴油發電機組和集裝箱外罩，分別如圖1和圖2所示。

2、 UPS對柴油發電機組的影響

      柴油發電機組所帶負載中，如果非線性負載小于其額定功率的25%時，可以不必特別考慮其影響。而內以數據中心內以UPS為主的非線性負載，已經占到了發電機組額定功率的40%甚至更高，因此在設計柴油發電機組時，必須充分考慮UPS的因素。UPS對柴油發電機組的影響主要體現在兩方面：

（1）諧波

      盡管現在的UPS在引入了輸入濾波器后，已經很大程度上控制了諧波電流，但是在柴油發電機組供電時，因其容量遠小于市電，相對而言存在比較大的內阻，當UPS整流器的諧波電流注入到同步發電機定于繞組中時，會使交流輸出電壓產生畸變。這種畸變嚴重時就可能影響柴油發電機組本身，如調壓系統和/或控制系統的正常工作、定子線圈的過熱等，也可能影響其后續設備如UPS的正常工作。

      解決方案除了選用輸入諧波電流小的UPS(如12脈沖整流或高頻整流)外，在發電機組的選擇上，可采取的相應措施包括：

① 發電機勵磁系統采用永磁勵磁，以保證調壓器供電的穩定。采用永磁勵磁，保證了調壓器的電源與發電機負載無關，可以有效地避免因諧波電流對主磁場的擾動而對調壓器的電源供應產生的不利影響。

② 調壓器必須采用三相均方根(RMS)檢測輸出電壓，必要時檢測回路加隔離變壓器或低通濾波器。由于諧波電流的存在，很顯然單相檢測可能導致調壓器誤調節。均方根(RMS)值也叫有效值，采用RMS檢測，能有效地反應出總電流的發熱能力，比其他檢測方式如平均值等檢測，能更準確地體現實際電流的效果。

③ 增大發電機容量。這是一種目前廣泛采用的行之有效的解決柴油發電機組與UPS兼容問題的方法。增大容量的實質，是通過降低發電機的內阻，從而弱化諧波電流的不利影響。注意由于負載的有功功率并不增大，因此柴油機功率并不需要放大，而僅選用較大容量的發電機，即俗稱的“小馬拉大車”方式。

（2）容性負載輸入特性

      隨著輸入濾波器的應用，UPS輸入功率因數提高，輸入諧波電流失真度(THDD降低，這是一個很好的改進。但是，這種UPS在空載或輕載的時候，輸入特性呈容性負載，且功率因數非常低，甚至接近于理想的容性負載負載，此時柴油發電機組的運行可能會產生問題。

      盡管這種因UPS空載或低載時的容性負載特性而產生的問題并不必然發生，在設計時仍應盡可能的避免這種情況的發生。首先是在UPS的容量及使用方式選擇上，應盡量避免使其工作在空載或低載狀態；其次，在發電機組投入使用時，應考慮優先投入感性負載，如空調等，由于UPS可由蓄電池維持一段時間，這一點并不難做到。

 

圖1  柴油發電機組主件構成圖

圖2  柴油發電機組集裝箱剖視圖

 

二、集裝箱型柴發機組基本要求

 

      按照功能劃分，集裝箱發電站可以根據用戶要求添加的配置，大體可以分為柴油發電機組、油箱、控制系統、消音系統、消防系統、溫控系統等。不同的系統，讓康明斯公司在面對客戶的不同需求時，可以游刃有余地給出不同的裝配方案。內部結構如圖3、圖4所示。

1、柴發箱體的尺寸

（1）根據ISO668《系列1特種箱——類型、外部尺寸和額定值》可分為10’；20’；30’；40’標箱；同時對于不同發電機組的要求，結合公路，海運，鐵路運輸的特點，也可做成其它非標準運輸規格的尺寸，如24’；43’；45’；48’；53’等。

（2）在柴油發電機集裝箱箱體的定制過程中，需要特別申明的是，設計環節對模塊化柴發能否實現設計功能是非常重要的，必須嚴格根據實際承載的柴油發電機組動載荷以及各產品組合的綜合特性進行優化、量身訂造，才能滿足數據中心對模塊化柴發可靠性、安全性、快速反應能力的需求。

（3）任何基于標準物流箱體基礎上的結構改造，都會造成系統可靠性的降低以及后期運維隱患，是不能被接受的。

 2、柴發箱體的材質

（1）箱體的承重件

      選用Q345或16Mn等更強的結構件；對于箱體表面材料，選用B480(Cortena)耐腐蝕的全新板材，從原材料方面控制表面質量。

（2）箱體的表面油漆

      選用耐鹽堿的油漆同時適合于洗滌劑清理的聚胺脂雙組份油漆；同時為了保證表面的美觀性，選用高光、淡基色的油漆，其保光性及保色性能好，同時對于油漆的施工工藝要求為雙層涂料高溫一次成型，環境溫度較高地區推薦使用防輻射等級95%以上的防紫外線涂料。

（3）箱體的內外部配件及活動件部分

      如防濺罩、消聲器外包裹、進排風百葉、鉸鏈、螺栓等五金件選擇防腐蝕的配件，一般為SUS316的配件，同時根據不同的結構，不銹鋼的等級可以按需配置。

3、預制門窗和預留口

（1）柴油發電機集裝箱箱體的兩側均需設置方便維護檢修的門，預留電力輸出等的線纜通道。外部最基本需要預制、預留的通道為：進排風消音室檢修口，排煙消聲器出口、日用油箱的進回油通道、集裝箱箱體內的排污口、柴油發電機組的入水排水口、機油排放口、急停開關口、自帶爬梯凹口、消防管道接口以及可以在室外觀察到發電機組控制屏運行狀態的透明窗口等等。

（2）所有箱體開口位置，均需要在主體框架施工時一次成型（電氣接口需考慮防濺罩的設計），且預制有與主框架聯接的獨立鋼結構支撐，保證箱體持久不變形。

（3）注意沒有使用的預留口要用堵頭等器件封堵起來，防止小動物進入箱體。

 

圖3  集裝箱式柴油發電機組內部示意圖（1）

圖4  集裝箱式柴油發電機組內部示意圖（2）

 

三、柴發機組外罩箱體制作過程

      眾所周知，集裝箱電站的出現是為了戶外場所使用所服務的，風沙雨雪具有較高的酸堿性，長期在此作業的金屬表面及易產生銹蝕，結合實際柴油發電機集裝箱箱體可能出現的各種極端環境，我們的柴油發電機集裝箱箱體表面以此為驗收標準進行表面處理。表面處理流程如下：

      原材料的表面打砂處理→原材料下料→根據設計進行焊接組框→框架部分的強度方面試驗論證(樣箱)→部件的二次打砂→表面油漆的處理（分內，外表面）→箱內的隔音裝配→箱內外配件的裝配→箱外的油漆修補→箱體外部的標貼粘貼→箱體整箱淋雨測試→箱內發電機組及配件的安裝→合格出貨

1、原材料表面的打砂處理

      對于原材料打砂，需要滿足原材料表面的粗糙度、板材表面的潔凈度及打砂密度。

（1）原材料表面的粗糙度：

      將板材表面打毛，使油漆噴涂后復蓋在板材表面，增加油漆的附著力，使油漆不易脫落，一般要求表面粗糙度為45-65u；粗糙度測量用微分深度測量儀。

（2）板材表面的潔凈度：

      保證板材表面的清潔，以保證油漆的質量；經過表面打砂的板材需達到ISO 8501-1 Sa2.5。

（3）打砂密度：

      保證油漆表在販附著力，一般要求不低于80%，檢驗的標準為對比表。原材料打砂的目的是去除原材料表面的銹蝕，清理原材料的表面，使其潔凈。

2、原材料下料，焊接

      根據設計圖紙要求進行下料焊接；具體的制作成品后的尺寸要求必須符合GB985《氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式和尺寸》；GB/ZQ3680《焊縫外觀質量》；ISO668《系列1集裝箱——類型、外部尺寸和額定值》。

3、框架部分的強度方面試驗論證

      其主要是模擬柴油發電機集裝箱箱體在海運；鐵路運輸及車運輸過程的具體情況，進行的強度方面的論證，具體要求參照ISO1496-1《系列1集裝箱— 技術條件與試驗方法》的標準要求進行測試。（附表5 系列一集裝箱測試的方法）對柴油發電機集裝箱箱體而言，需要通過海運運輸，必須通過船級社對整套箱體進行論證合格后才可以進行交易及運輸，對于內陸運輸，沒有明確強制要求，但對于柴油發電機集裝箱箱體的可靠性以及安全性來說，必要的強度方面的測試環節還是必須的，下面就CSC國際船級社認證的試驗方面及其所測試的內容進行解釋如下：

（1）堆碼試驗：

      主要為測試集裝箱箱體上部可以容納多少的重量，即箱子上面還可以堆放幾層，主要是考慮角柱的強度，一般設計按上部可以堆放9層進行設計，即箱子上部還可以堆放8個重箱進行設計。

（2）頂吊試驗：

      主要為測試集裝箱頂部角件與角柱的強度，模擬箱子起吊，確保其起吊安全。

（3）底吊試驗：

      主要為測試集裝箱底部角件與箱子框架的強度，模擬箱子底部用角件作為支承，整體箱子的強度要求，確保箱子以4個角件支承時，箱子使用安全。

（4）側壁，端壁試驗：

      測試墻板的強度，防止貨物在運輸過程中傾斜，貨物碰到側板，同時防止惡劣天氣情況下，雨雪拍打墻板時保證其安全。

（5）縱向和橫向鋼性試驗：

      測試底角件及底架的強度，主要是模擬箱子在海上運輸時，船在高浪的情況下，保證箱子可以與船固定一體，且安全的運輸。

（6）縱向和橫向栓固試驗：

      測試底角件及底架的強度，主要是模擬汽運的條件，在急剎車或急轉彎時，保證箱子可以在底角件鎖止的情況下，保證箱子不沖出或傾倒下車子。

（7）叉舉試驗：

      測試底架叉車槽的強度，主要是針對有叉車的箱子，在重箱情況下用叉車裝卸，保證其裝卸安全。

（8）抓吊試驗：

      測試底架有抓槽的強度，主要是針對有抓叉的箱子，在重箱情況下用抓槽裝卸，保證其裝卸安全。

（9）箱頂試驗：

      測試頂板的強度，保證作業人員在頂部作業時保證作業人員的安全。

（10）爬梯強度測試：

      確認梯子的強度，保證作業人員在上下梯子時保證其作業安全。

      試驗過程中，箱子的彈性變形及試驗后箱子永久變形必須在要求范圍以內。

4、集裝箱體的二次打砂

      柴油發電機集裝箱箱體的二次打砂主要是針對后繼焊接的焊縫及熱影響區進行噴砂表面除焊接的氧化皮，焊煙等雜質，使表面符合噴漆前的要求。（具體要求同一次打砂要求）。

5、集裝箱體表面的油漆處理

① 目的：

      進行板材表面的防銹處理，防止箱體表面生銹面影響到箱體表面的美觀。常規的符合柴油發電機集裝箱箱體要求的油漆配比：富鋅底漆：35u+環氧中層漆45u+聚胺脂面漆40u=120u；具體的油漆的要求可以根據客戶要求與油漆供應商討論油漆的具體配比，另外為了保證箱體表面的美觀及光感性，相對面漆要求可以加厚處理。

② 油漆施工要求：

      箱體油漆的施工必要條件是需要在相對封閉的空間內進行，內部需要有足夠的照明設施；進出風送抽風裝置以及暖風加熱，施工房體內同時箱體油漆需要在6小時之內的時間完成，這在具體工廠施工方面都有相對應的操作工藝。

6、制造工藝影響因素

      發電機組外罩一般采用標準集裝箱進行改造，其半成品外觀如圖5所示，成品后外觀如圖6所示。影響到柴油發電機集裝箱箱體表面質量主要問題如下：

（1）箱體表面的工藝質量：

      箱體表面的做工質量需要在箱體制作過程中進行控制，這一點我們需要在制作過程中進行有效的控制。

（2）控制箱體表面不被銹蝕方案：

      此點對于箱子的表面處理工作尤其重要，一方面需要合理的選材，根據柴油發電機集裝箱箱體的使用環境，結合柴油發電機集裝箱箱體運輸的特點，首先需要考慮柴油發電機集裝箱箱體表面的油漆；根據具體箱型布置的特點，對于箱體外部易進水部份選用不銹鋼材料進行焊接；對于箱體常拆裝五金件，采用SUS316的材質，以保證表面不因銹蝕而影響表面質量。

（3）方便處理箱體表面污漬：

      這就需要在選擇油漆進注意此點，需要選用方便清理的油漆。

 

圖5  集裝箱改裝焊接軸測圖（半成品）

圖6  集裝箱改裝焊接軸測圖（成品）

 

總結：

      以上所述，就是康明斯公司制作的集裝箱發電站的方法和選型要求。除了可以在發電機組集裝箱內部安裝安保消防預警裝置、液體泄露檢測裝置、防火閥、氣溶膠自動滅火裝置等全套消防裝置，組成完整的消防系統，從預警到滅火都可以自動完成，將客戶損失降到最低。此外，客戶還可以選擇為集裝箱外部增加防火層，進一步增強集裝箱的防火能力。如果您對集裝箱柴油發電機組的裝備方案有任何疑問或者需求，請隨時聯系康明斯銷售部門，康明斯公司將為您提供專業的咨詢和服務。

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