固定式發電機組延時啟動可行性分析

易延偉

（中國電信股份有限公司福州分公司，福建 福州 350000）

0 引 言

為了降低運營開支，提升營收利潤，在生產的各個環節中降低能耗成本已成為運營商的主要攻堅目標之一。隨著科技的提升機房動環監控精度不斷提高，監控環節不斷增加。在機房后備電源充足且環境條件允許的情況下，配合動環監控適當延時發電機組開啟時間，可以有效降低油料使用成本。

1 供電可靠性

1.1 機房內供電可靠性

在現有標準化機房中各混合機架上聯的熔斷器的熔斷值是在現有負載電流的1.5倍到2倍之間，而且在要求雙電源輸入的機架中單個空開或熔斷器的通過電流控制在額定電流的40%以內。機房內出現過流跳閘或者熔斷器熔絲熔斷的概率幾乎為零。

機房進出光纜電纜的孔洞全部有封堵處理，從電表至機房的交流電纜使用的不僅是鎧裝電纜，更是使用PVC套管全程保護。機房的電纜安全可靠，出現因嚙齒動物咬斷電纜的可能性不高。

1.2 市電供電的可靠性

國家電網公司供電服務“十項承諾”中有至關重要的兩點：（1）城市地區：供電可靠率不低于99.90%，居民客戶端電壓合格率96%；農村地區：供電可靠率不低于99.45%，居民客戶端電壓合格率不低于95%。（2）提供24 h電力故障報修服務，供電搶修人員到達現場的時間一般不超過：城區范圍45 min；農村地區90 min；特殊邊遠地區2 h。

因此市電不僅有可靠的供電穩定性，而且故障修復速度塊。在因一般故障造成市電供應中斷后，也能在3 h內恢復供電。

2 機房熱負荷

2.1 設備發熱的計算

通信設備的輸入功率=通信設備發熱量+通信設備輸出功率[1]。根據《數據中心機房空調系統技術白皮書》[2]中的評估，通信設備發熱量占設備用電總功率的97%。為方便機房熱負荷的估算，我們可將公式簡化為通信設備的輸入功率=通信設備發熱量。

2.2 電纜和熔斷器發熱

依據中國電信通信網絡維護規程要求，在48 V直流電作為通信電源的情況下，機房內蓄電池至通信設備全程壓降應控制在3 V以內[3]。因此在符合規程要求的情況下，機房內的通信電纜發熱可以忽略不計。

熔斷器的額定電流值應不大于最大負載電流的1.5倍，因此機房內的熔斷器發熱量也可以忽略不計。

2.3 機房墻體熱負荷

實際情況中機房墻體的傳熱計算非常復雜，需要考慮的范圍有墻體厚度、材料等多方面因素。由于機房并不能做到有效密閉，與外界進行熱交換并不僅僅是墻體。因此為方便計算墻體熱傳遞，簡單判斷傳熱方向與導熱量，我們可以根據實際使用情況優化計算墻體熱傳遞公式[4]，計算公式如下：

式中：Q為墻體傳熱量， W；θi為墻體結構內表面溫度，℃，θe為墻體結構外表面溫度，℃；R為墻體結構導熱熱阻，（m2·K）/W；S為墻體在機房內的面積，m2。

根據上述公式可以簡單得出結論，受室外溫度影響，機房的墻體在不同的室外溫度下，有著不同的導熱方向，特別是當室外溫度低于室內溫度時，機房墻體是吸收并排出機房熱量。

以墻體厚度為100 mm的鋼筋混泥土（熱阻為0.104），機房墻體表面積為320 m2，機房設備功率為5 kW，室內溫度為30 ℃，室外溫度為28 ℃的機房為例，此時墻體的熱傳遞Q≈-6 154 W，由上述計算可知此時的墻體是將機房內的熱量對室外吸收并排出，且理論吸收的熱量大于設備發熱量。

2.4 人體熱負荷

現有的承載網絡末梢接入業務的D類機房都是無人值守機房，因此在機房熱負荷計算中，人體的熱負荷不在計算范圍內。

2.5 單一狀態下，設備對機房溫升的影響

依照中國電信通信網絡維護規程要求，承載網絡末梢接入業務的D類機房，機房在不結露的情況下其溫度范圍是5～30 ℃，結合考慮設備運行穩定性和經濟性，通常在D類機房設置的空調回風溫度為27 ℃。機房不可用溫度為35 ℃。因此在通信設備正常運行，空調停止工作后，根據機房實際空間大小與設備發熱量。在不考慮機房墻體對機房溫度的影響的前提條件下，可精準計算出機房內溫度從27 ℃升高至35 ℃的時間。例如空間為300 m3的機房，設備功耗為5 kW，交流電中斷，空調停止工作時，機房溫度為27 ℃。機房內的氣體為空氣，空氣比熱容=1 006 J/（kg/（kW·h）），空氣的密度為1.29 kg/m3，所以該機房上升1℃所需要的熱量為：1.29×1×1 006×300=389 322。由上述條件估算可知，在僅考慮設備發熱對機房溫升的影響下，該機房僅需要10 min就能飆升至35 ℃。

由上述分析可知，墻體吸收機房的熱量才是機房維持溫度的重要因素。

3 蓄電池理論續航時間

3.1 鋰電池可續航時間

由于鋰電池可釋放出的能量不受放電電流影響，因此對于使用鋰電池作為后備電源的機房可根據設備功率與鋰電池儲能量簡單計算出鋰電池續航時間。

3.2 鉛酸蓄電池放電電流與容量的關系

閥控鉛酸蓄電池容量、放電電流、放電終止電壓見表1所示。

I10為蓄電池在10小時率放電下的電流，數值為蓄電池容量除以10。

C10為蓄電池在10小時率放電下的容量，表示蓄電池額定容量。

以直流電供電，供電電壓為48 V，直流供電電流100 A的機房為例。在電池容量為標稱容量100%的情況下，蓄電池理論上可為機房供電10 h。由于蓄電池是通信設備電源的最后生命線，為保證機房通信設備供電安全，蓄電池在釋放出可放電容量的50%后，即蓄電池連續供電5 h后，必須啟動發電機組為機房提供交流電供電保障[4]。

4 不可控因素分析

4.1 電池容量損耗

受電池的生產工藝質量、投產時長等多方面因素影響下，蓄電池的容量并不都能時刻保持在百分百容量，因此需要實時監測蓄電池組總電壓來判斷是否需要啟動發電機保障通信設備的穩定運行，依照表1（蓄電池中止放電總電壓的與48 V差值的一半，作為發電機啟動的指令之一）。

表1 閥控鉛酸蓄電池容量、放電電流、放電終止電壓

4.2 局部高溫

由于機房內的混合機架的實際發熱量與機房內平均發熱量有明顯差別，在制冷停止的情況下，極其容易產生局部高溫造成設備宕機。為保證設備正常運行，在設備安放較為密集的機架安裝溫度傳感器，一旦傳感器監控到機架溫度高于40 ℃，即視為機房高溫告警，立即開啟發電機，保證機房有充足的制冷量讓設備穩定運行。

5 控制發電機組延時啟動軟件

在可以具備發電機組延時啟動條件的機房，不再是以市電斷電作為啟動發電機組的唯一控制指令，需要開發一套安全可靠的軟件控制發電機組的啟動，根據本文的不可控因素分析可得知，該軟件至少需要具備判定蓄電池放出容量的多少與密集型機架實時溫度作為開機指令，機組關機切換市電指令還是以市電恢復正常作為控制指令[5]。

6 結 論

固定式柴油發電機組延時啟動一般適用于D類機房中，這種等級的機房一般配備50 kW柴油發電機組作為機房的后備電源，50 kW的發電機組每小時發電所需的燃油為17 L。在停電5 h且現場環境在安全可控的前提下，可節省燃料85 L。在機房總負荷為40 kW，柴油單價為5.2元/L，電費單價為0.6元/（kW·h）的情況下，可直接節省能源費用開支300元以上，可見發電機延時啟動具有較好的經濟性。