Как выбрать ложную нагрузку для дизель-генераторной установки в центре обработки данных

Выбор резервной нагрузки для дизель-генераторной установки центра обработки данных имеет решающее значение, поскольку напрямую влияет на надежность системы резервного электропитания. Ниже я представлю подробное руководство, охватывающее основные принципы, ключевые параметры, типы нагрузок, этапы выбора и лучшие практики.

1. Основные принципы отбора

Основная цель создания фиктивной нагрузки — имитация реальной нагрузки для всестороннего тестирования и проверки дизель-генераторной установки, чтобы гарантировать, что она сможет немедленно взять на себя всю критическую нагрузку в случае отключения основного электропитания. Конкретные цели включают:

1. Сжигание углеродных отложений: Работа при низкой нагрузке или без нагрузки вызывает явление «влажного накопления» в дизельных двигателях (несгоревшее топливо и углерод накапливаются в выхлопной системе). Неправильная нагрузка может повысить температуру и давление в двигателе, что приводит к полному сгоранию этих отложений.
2. Проверка работоспособности: тестирование того, соответствуют ли электрические характеристики генераторной установки, такие как выходное напряжение, стабильность частоты, искажение формы сигнала (THD) и регулирование напряжения, допустимым значениям.
3. Испытание нагрузочной способности: проверка способности генераторной установки стабильно работать при номинальной мощности и оценка ее способности справляться с внезапным включением и выключением нагрузки.
4. Системное интеграционное тестирование: Проведение совместной пусконаладки с автоматическим переключателем нагрузки (ATS), системами параллельного подключения и системами управления для обеспечения согласованной работы всей системы.

2. Ключевые параметры и соображения

Перед выбором вспомогательной нагрузки необходимо уточнить следующие параметры генераторной установки и требования к испытаниям:

1. Номинальная мощность (кВт/кВА): Общая мощность вспомогательной нагрузки должна быть больше или равна общей номинальной мощности генераторной установки. Обычно рекомендуется выбирать мощность, составляющую 110–125% от номинальной мощности установки, чтобы обеспечить возможность проверки на перегрузку.
2. Напряжение и фаза: Должны соответствовать выходному напряжению генератора (например, 400 В/230 В) и фазе (трехфазная четырехпроводная система).
3. Частота (Гц): 50 Гц или 60 Гц.
4. Способ подключения: Как он будет подключаться к выходу генератора? Обычно после автоматического переключателя режимов работы (ATS) или через специальный шкаф с тестовым интерфейсом.
5. Метод охлаждения:
   • Воздушное охлаждение: подходит для оборудования малой и средней мощности (обычно менее 1000 кВт), имеет более низкую стоимость, но работает шумно, и горячий воздух должен надлежащим образом выводиться из аппаратной.
   • Водяное охлаждение: подходит для средних и высоких мощностей, обеспечивает более тихую работу и более высокую эффективность охлаждения, но требует наличия вспомогательной системы водяного охлаждения (градирни или сухого охладителя), что приводит к более высоким первоначальным инвестициям.
6. Уровень управления и автоматизации:
   • Основные функции управления: ручная пошаговая загрузка/разгрузка.
   • Интеллектуальное управление: программируемые автоматические кривые нагрузки (линейная нагрузка, ступенчатая нагрузка), мониторинг и запись параметров в реальном времени, таких как напряжение, ток, мощность, частота, давление масла, температура воды, а также генерация отчетов об испытаниях. Это крайне важно для соответствия требованиям и аудита центров обработки данных.

3. Основные типы ложных нагрузок

1. Резистивная нагрузка (чисто активная нагрузка P)

• Принцип работы: преобразует электрическую энергию в тепло, которое рассеивается вентиляторами или системой водяного охлаждения.
• Преимущества: Простая конструкция, низкая стоимость, лёгкое управление, обеспечивает чистую активную энергию.
• Недостатки: Можно проверить только активную мощность (кВт), нельзя проверить возможности генератора по регулированию реактивной мощности (квар).
• Сценарий применения: В основном используется для проверки компонентов двигателя (сгорание, температура, давление), но этот тест является неполным.

2. Реактивная нагрузка (чисто реактивная нагрузка Q)

• Принцип действия: Использует индукторы для потребления реактивной мощности.
• Преимущества: Может обеспечивать реактивную нагрузку.
• Недостатки: Обычно не используется отдельно, а в сочетании с резистивными нагрузками.

3. Комбинированная резистивная/реактивная нагрузка (R+L нагрузка, обеспечивающая P и Q)

• Принцип работы: объединяет резисторные и реакторные блоки, позволяя осуществлять независимое или комбинированное управление активной и реактивной нагрузкой.
• Преимущества: Предпочтительное решение для центров обработки данных. Позволяет имитировать реальные смешанные нагрузки, обеспечивая всестороннюю проверку общей производительности генераторной установки, включая систему автоматического регулирования напряжения (AVR) и регулятор оборотов.
• Недостатки: Более высокая стоимость по сравнению с чисто резистивными нагрузками.
• Примечание по выбору: Обратите внимание на диапазон регулировки коэффициента мощности (PF), который обычно составляет от 0,8 с отставанием по фазе (индуктивная нагрузка) до 1,0 для имитации различных типов нагрузки.

4. Электронная нагрузка

• Принцип действия: Использует технологии силовой электроники для потребления энергии или её возврата в сеть.
• Преимущества: высокая точность, гибкое управление, возможность регенерации энергии (энергосбережение).
• Недостатки: Чрезвычайно высокая стоимость, требует высококвалифицированного обслуживающего персонала, а также необходимо учитывать вопрос надежности.
• Сценарий применения: Больше подходит для лабораторий или производственных предприятий, чем для проведения технического обслуживания на месте в центрах обработки данных.

Вывод: для центров обработки данных следует выбирать «комбинированную резистивно-реактивную (R+L) ложную нагрузку» с интеллектуальным автоматическим управлением.

4. Краткое описание этапов отбора

1. Определите требования к испытаниям: проводятся ли только испытания на сгорание топлива, или необходима сертификация производительности при полной нагрузке? Требуются ли автоматизированные отчеты об испытаниях?
2. Соберите параметры генераторной установки: укажите общую мощность, напряжение, частоту и расположение интерфейсов для всех генераторов.
3. Определите тип ложной нагрузки: выберите интеллектуальную ложную нагрузку с водяным охлаждением (R+L) (если только мощность не очень мала, а бюджет ограничен).
4. Расчет мощности: Общая недостаточная мощность нагрузки = Наибольшая удельная мощность × 1,1 (или 1,25). При тестировании параллельно соединенной системы мощность должна быть ≥ общей мощности параллельно соединенных устройств.
5. Выберите способ охлаждения:
   • Высокая мощность (>800 кВт), ограниченное пространство в аппаратной, повышенная чувствительность к шуму: выбирайте водяное охлаждение.
   • Низкое энергопотребление, ограниченный бюджет, достаточное пространство для вентиляции: можно рассмотреть вариант воздушного охлаждения.
6. Оцените систему управления:
   • Необходимо поддерживать автоматическую ступенчатую нагрузку для имитации реального воздействия нагрузки.
   • Необходимо уметь записывать и выводить стандартные отчеты об испытаниях, включая кривые всех ключевых параметров.
   • Поддерживает ли интерфейс интеграцию с системами управления зданиями или системами управления инфраструктурой центров обработки данных (DCIM)?
7. Рассмотрите вариант мобильной или стационарной установки:
   • Стационарная установка: устанавливается в специально отведенном помещении или контейнере как часть инфраструктуры. Фиксированная проводка, простота тестирования, аккуратный внешний вид. Предпочтительный выбор для крупных центров обработки данных.
   • Мобильная установка на прицепе: устанавливается на прицепе и может обслуживать несколько центров обработки данных или несколько отдельных устройств. Более низкая первоначальная стоимость, но развертывание трудоемко, требуется место для хранения и подключение.

5. Передовые методы и рекомендации

• Планирование тестовых интерфейсов: Заранее спроектируйте шкафы для проведения испытаний с ложной нагрузкой в ​​системе распределения электроэнергии, чтобы обеспечить безопасное, простое и стандартизированное подключение тестовых устройств.
• Решение для охлаждения: При водяном охлаждении необходимо обеспечить надежность системы водяного охлаждения; при воздушном охлаждении следует спроектировать соответствующие вытяжные воздуховоды, чтобы предотвратить рециркуляцию горячего воздуха в помещение с оборудованием или негативное воздействие на окружающую среду.
• Безопасность превыше всего: вспомогательные грузы генерируют чрезвычайно высокие температуры. Они должны быть оборудованы средствами безопасности, такими как защита от перегрева и кнопки аварийной остановки. Операторы должны пройти профессиональную подготовку.
• Регулярное тестирование: Согласно стандартам Uptime Institute, Tier или рекомендациям производителя, тестирование обычно проводится ежемесячно с нагрузкой не менее 30% от номинальной, а также ежегодно выполняется полное нагрузочное тестирование. Ложная нагрузка является ключевым инструментом для выполнения этого требования.

Заключительная рекомендация:
Для центров обработки данных, стремящихся к высокой доступности, не следует экономить на резервной нагрузке. Инвестиции в стационарную, адекватного размера, интеллектуальную систему резервной нагрузки с водяным охлаждением и резервным питанием являются необходимым условием для обеспечения надежности критически важной системы электропитания. Она помогает выявлять проблемы, предотвращать отказы и отвечает требованиям эксплуатации, технического обслуживания и аудита благодаря подробным отчетам об испытаниях.