固定式发电机组延时启动可行性分析

易延伟

（中国电信股份有限公司福州分公司，福建 福州 350000）

0 引 言

为了降低运营开支，提升营收利润，在生产的各个环节中降低能耗成本已成为运营商的主要攻坚目标之一。随着科技的提升机房动环监控精度不断提高，监控环节不断增加。在机房后备电源充足且环境条件允许的情况下，配合动环监控适当延时发电机组开启时间，可以有效降低油料使用成本。

1 供电可靠性

1.1 机房内供电可靠性

在现有标准化机房中各混合机架上联的熔断器的熔断值是在现有负载电流的1.5倍到2倍之间，而且在要求双电源输入的机架中单个空开或熔断器的通过电流控制在额定电流的40%以内。机房内出现过流跳闸或者熔断器熔丝熔断的概率几乎为零。

机房进出光缆电缆的孔洞全部有封堵处理，从电表至机房的交流电缆使用的不仅是铠装电缆，更是使用PVC套管全程保护。机房的电缆安全可靠，出现因啮齿动物咬断电缆的可能性不高。

1.2 市电供电的可靠性

国家电网公司供电服务“十项承诺”中有至关重要的两点：（1）城市地区：供电可靠率不低于99.90%，居民客户端电压合格率96%；农村地区：供电可靠率不低于99.45%，居民客户端电压合格率不低于95%。（2）提供24 h电力故障报修服务，供电抢修人员到达现场的时间一般不超过：城区范围45 min；农村地区90 min；特殊边远地区2 h。

因此市电不仅有可靠的供电稳定性，而且故障修复速度块。在因一般故障造成市电供应中断后，也能在3 h内恢复供电。

2 机房热负荷

2.1 设备发热的计算

通信设备的输入功率=通信设备发热量+通信设备输出功率[1]。根据《数据中心机房空调系统技术白皮书》[2]中的评估，通信设备发热量占设备用电总功率的97%。为方便机房热负荷的估算，我们可将公式简化为通信设备的输入功率=通信设备发热量。

2.2 电缆和熔断器发热

依据中国电信通信网络维护规程要求，在48 V直流电作为通信电源的情况下，机房内蓄电池至通信设备全程压降应控制在3 V以内[3]。因此在符合规程要求的情况下，机房内的通信电缆发热可以忽略不计。

熔断器的额定电流值应不大于最大负载电流的1.5倍，因此机房内的熔断器发热量也可以忽略不计。

2.3 机房墙体热负荷

实际情况中机房墙体的传热计算非常复杂，需要考虑的范围有墙体厚度、材料等多方面因素。由于机房并不能做到有效密闭，与外界进行热交换并不仅仅是墙体。因此为方便计算墙体热传递，简单判断传热方向与导热量，我们可以根据实际使用情况优化计算墙体热传递公式[4]，计算公式如下：

式中：Q为墙体传热量， W；θi为墙体结构内表面温度，℃，θe为墙体结构外表面温度，℃；R为墙体结构导热热阻，（m2·K）/W；S为墙体在机房内的面积，m2。

根据上述公式可以简单得出结论，受室外温度影响，机房的墙体在不同的室外温度下，有着不同的导热方向，特别是当室外温度低于室内温度时，机房墙体是吸收并排出机房热量。

以墙体厚度为100 mm的钢筋混泥土（热阻为0.104），机房墙体表面积为320 m2，机房设备功率为5 kW，室内温度为30 ℃，室外温度为28 ℃的机房为例，此时墙体的热传递Q≈-6 154 W，由上述计算可知此时的墙体是将机房内的热量对室外吸收并排出，且理论吸收的热量大于设备发热量。

2.4 人体热负荷

现有的承载网络末梢接入业务的D类机房都是无人值守机房，因此在机房热负荷计算中，人体的热负荷不在计算范围内。

2.5 单一状态下，设备对机房温升的影响

依照中国电信通信网络维护规程要求，承载网络末梢接入业务的D类机房，机房在不结露的情况下其温度范围是5～30 ℃，结合考虑设备运行稳定性和经济性，通常在D类机房设置的空调回风温度为27 ℃。机房不可用温度为35 ℃。因此在通信设备正常运行，空调停止工作后，根据机房实际空间大小与设备发热量。在不考虑机房墙体对机房温度的影响的前提条件下，可精准计算出机房内温度从27 ℃升高至35 ℃的时间。例如空间为300 m3的机房，设备功耗为5 kW，交流电中断，空调停止工作时，机房温度为27 ℃。机房内的气体为空气，空气比热容=1 006 J/（kg/（kW·h）），空气的密度为1.29 kg/m3，所以该机房上升1℃所需要的热量为：1.29×1×1 006×300=389 322。由上述条件估算可知，在仅考虑设备发热对机房温升的影响下，该机房仅需要10 min就能飙升至35 ℃。

由上述分析可知，墙体吸收机房的热量才是机房维持温度的重要因素。

3 蓄电池理论续航时间

3.1 锂电池可续航时间

由于锂电池可释放出的能量不受放电电流影响，因此对于使用锂电池作为后备电源的机房可根据设备功率与锂电池储能量简单计算出锂电池续航时间。

3.2 铅酸蓄电池放电电流与容量的关系

阀控铅酸蓄电池容量、放电电流、放电终止电压见表1所示。

I10为蓄电池在10小时率放电下的电流，数值为蓄电池容量除以10。

C10为蓄电池在10小时率放电下的容量，表示蓄电池额定容量。

以直流电供电，供电电压为48 V，直流供电电流100 A的机房为例。在电池容量为标称容量100%的情况下，蓄电池理论上可为机房供电10 h。由于蓄电池是通信设备电源的最后生命线，为保证机房通信设备供电安全，蓄电池在释放出可放电容量的50%后，即蓄电池连续供电5 h后，必须启动发电机组为机房提供交流电供电保障[4]。

4 不可控因素分析

4.1 电池容量损耗

受电池的生产工艺质量、投产时长等多方面因素影响下，蓄电池的容量并不都能时刻保持在百分百容量，因此需要实时监测蓄电池组总电压来判断是否需要启动发电机保障通信设备的稳定运行，依照表1（蓄电池中止放电总电压的与48 V差值的一半，作为发电机启动的指令之一）。

表1 阀控铅酸蓄电池容量、放电电流、放电终止电压

4.2 局部高温

由于机房内的混合机架的实际发热量与机房内平均发热量有明显差别，在制冷停止的情况下，极其容易产生局部高温造成设备宕机。为保证设备正常运行，在设备安放较为密集的机架安装温度传感器，一旦传感器监控到机架温度高于40 ℃，即视为机房高温告警，立即开启发电机，保证机房有充足的制冷量让设备稳定运行。

5 控制发电机组延时启动软件

在可以具备发电机组延时启动条件的机房，不再是以市电断电作为启动发电机组的唯一控制指令，需要开发一套安全可靠的软件控制发电机组的启动，根据本文的不可控因素分析可得知，该软件至少需要具备判定蓄电池放出容量的多少与密集型机架实时温度作为开机指令，机组关机切换市电指令还是以市电恢复正常作为控制指令[5]。

6 结 论

固定式柴油发电机组延时启动一般适用于D类机房中，这种等级的机房一般配备50 kW柴油发电机组作为机房的后备电源，50 kW的发电机组每小时发电所需的燃油为17 L。在停电5 h且现场环境在安全可控的前提下，可节省燃料85 L。在机房总负荷为40 kW，柴油单价为5.2元/L，电费单价为0.6元/（kW·h）的情况下，可直接节省能源费用开支300元以上，可见发电机延时启动具有较好的经济性。