(中国石油集团济柴动力有限公司 山东济南 250306)
摘要：科技在不断的发展，社会在不断的进步，我国的综合国力在不断的加强，将低温地域柴油发电机组的热管理系统技术应用于数据中心内燃机发电机组领域，采用智能变速风扇和电子水泵系统，对柴油机和发电机的相关特性进行优化匹配，优化利用润滑油温度对柴油机摩擦及可靠性的影响。柴油发电机组处于低温环境时，实现在低温度环境中发电机组的可靠启动工作，并能提高机组综合运行性能，具有节能和提高总体耗能效率的优点，获得了较好的经济效益和社会效益。
关键词：绿色数据中心；柴油发电机组；热管理系统
引言
绿色数据中心是指在数据中心的整个生命周期内，最大限度地节约资源，保护环境并减少污染，为人们提供可靠、安全、高效、适用的、与自然和谐共生的信息系统使用环境。随着大数据、云计算技术的发展，各种数据的处理量正逐年飞速递增，数据中心机房面积紧缺、能耗成本持续增高、环境影响加大等问题也日益严峻，采用各项绿色节能技术手段构建数据中心是形势发展的必然。数据中心总能耗包括IT设备能耗、制冷通风系统能耗、供配电系统能耗和照明等其他辅助设备的能耗，数据中心内设备的能耗大部分会转化为热量，所以为尽可能地提高制冷系统的效率或使用自然冷源散热，数据中心更适合建设在室外环境温度常年较低的地区，采用自然冷却技术。直接引入室外冷空气进行自然冷却和直接引入自然界低温水冷却的方案，即将自然冷却技术引入到数据中心散热系统中就可大幅降低制冷能耗。如阿里数据港张北数据中心项目基于绿色能源运转，建筑外表覆盖光伏板，充分利用张北气温低、空气干净的优势，大面积采用新风自然冷却和自然界低温水冷却技术，尽可能采用自然冷源为服务器降温，全年大约只有15天的时间需要开启传统压缩机空调，仅制冷能耗就可以降低59%。
1数据中心柴油发电机供电系统电气保护的特点
目前，民用及工业项目中使用的柴油发电机以低压柴油发电机为主，用途为应急电源，其价格较低；而大型数据中心的柴油发电机以中压柴油发电机为主，用途为备用电源，且以多台柴油发电机并联运行的方式运行，系统复杂、价格昂贵。以上特点决定了后者需要更加完善的电气保护措施。与低压柴油发电机组相比，中压柴油发电机组的电气保护具有以下特点：1）机组配置的控制器、传感器功能强大，具备交流电压过高/过低停机、低频停机、超频停机/告警、逆功率停机和逆无功功率停机等功能，发电机组内部发生某些故障时基本上可由自身的控制器监测并进行保护。2）根据相关国家规范的规定，1MW以上的发电机应装设纵联差动保护。大型数据中心内单台柴油发电机的功率段一般介于1600～2200kW之间，需配置差动保护，并将其作为发电机的主保护。3）我国的低压市电配电系统以TN系统为主，因此低压柴油发电机组多采用中性点直接接地的方式；我国的中压市电配电系统多为非直接接地系统，各厂家的柴油发电机对单相接地故障电流有各自的限值要求，因此中压发电机系统不采用中性点直接接地的方式，由此造成发电机单相接地时的故障电流较小，在工程设计中需要采用适当的单相接地保护方案限制这一故障。
2低温地域绿色数据中心柴油发电机组的高效能冷却系统
2.1技术方案设计
从内燃机发电机组系统集成的角度，采用冷却系统优化设计和排烟系统优化设计，将热管理技术应用于内燃机发电机组领域。采用智能变频风扇和电子水泵系统，对柴油机和发电机进行优化匹配，优化利用润滑油温度对柴油机摩擦及可靠性的影响、机组冷却系统控制策略以及冷却系统整体结构优化设计等技术，实现机组热平衡优化运行效果。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆内燃机和发电机的匹配将对机组经济性产生直接影响，因为发电机和发动机都存在一个经济运行区域，两个运行区域是否合理匹配将直接影响整个机组的经济性。内燃机发电机组的节能控制主要体现在负载优化分配上。采用有效值积分方式实现对机组采集数字信号数据的处理，结合计算机网络技术开发实现并机机组之间的数字信号通信，减小外界干扰对并机系统的干扰，该系统将集成并机功能于内燃机发电机组中的应用实现机组热平衡控制功能。该系统包括柴油机的控制模块ECU、电控硅油风扇离合器和柴油发电机组散热风扇。硅油离合器的智能控制模块CPU与柴油机的ECU通过集成控制电缆进行联结通信，CPU读取柴油机ECU的温度和转速等数据进行优化计算输出控制信号，由PWM驱动器控制硅油离合器电磁线圈的吸合，从而驱动阀片的开闭角度控制硅油进入工作腔油量，促使硅油离合器进行无级变速，最终实现风扇的速度调节和柴油发电机组热管理，达到自控和节能的目的。启机初始状态时，柴油机温度较低，离合器智能控制模块CPU通过PWM信号驱动器控制电磁线圈断开，控制销驱动阀片处于关闭状态，即阀片封闭储油腔的出油孔使硅油无法进入工作腔，此时离合器处于分离状态。当柴油机运行变热后，离合器智能控制模块CPU通过PWM信号驱动器控制电磁线圈吸合，控制销驱动阀片打开储油腔出油孔，储油腔内的硅油进入工作腔并充满主动板和从动体之间的迷宫槽。主动板能通过硅油与从动体啮合，驱动风扇高速旋转。空气温度越高，出油孔开度越大，风扇转速越快。冷却系统有效冷却机组，并使温度降低。当温度降至控制点时，离合器智能控制模块CPU再次通过PWM信号驱动器控制电磁线圈断开。控制销驱动阀片处于关闭状态，工作腔内的硅油在离心力的作用下通过回油孔返回储油腔，离合器处于分离状态。硅油风扇离合器就是这样实现风扇转速与发动机速度的相联变化。根据温度值与转速百分比的对应关系，ECU向离合器发出转速命令，通过PWM形式实现风扇转速控制。
2.2技术方案有益效果
柴油发电机组热管理系统可以有以下有益效果:1)改善燃油经济性;2)能够根据发动机冷却需要响应不同的转速，减少不必要的功率消耗，节省燃油，降低排放;3)降低噪音，当风扇转速降低30%时，降低的风扇噪音为1m处7．2dB或3m处5．8dB;4)更高的有效功率输出，提高机组效率，降低运营成本;5)改善低温气候操作性能，精确感应发动机水温，同步控制风扇转速，有效控制机房温度;6)降低发动机排放，满足节能环保要求;7)延长散热器通风间隙堵塞清理周期，提高散热效果;8)降低传动系统的负荷，减少柴油机的机械磨损，可以提高风扇轴承、传动皮带等附件的使用寿命;硅油风扇离合器近乎无损，可靠性大幅提高;9)更少风量输入和均匀风量变化减少扬尘产生。
结语
将低温地域柴油发电机组的热管理系统技术应用于数据中心内燃机发电机组领域，采用智能变频风扇和电子水泵系统，对柴油机和发电机的相关特性优化匹配，优化利用润滑油温度对柴油机摩擦及可靠性的影响，对柴油发电机组处于低温环境时，实现发电机组可靠启动工作，并能提高机组综合运行性能，减少寒冷环境金属件冷缩特点引起的过度磨损，延长机组的使用寿命，具有节能和提高总体耗能效率的优点，具有较好的经济效益和社会效益。
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论文作者:朱霓
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/9
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