柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是燃燒柴油來獲取能量釋放的發(fā)動(dòng)機(jī)。它是由德國發(fā)明家魯?shù)婪?bull;狄塞爾于1892年發(fā)明的，為了紀(jì)念這位發(fā)明家，柴油就是用他的姓Diesel來表示，而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)也稱為狄塞爾發(fā)動(dòng)機(jī)(Dieselengine)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)功率大、經(jīng)濟(jì)性能好。
柴油機(jī)工作原理
柴油發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是由柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，柴油機(jī)作動(dòng)力帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。柴油機(jī)它由氣缸、活塞、氣缸蓋、進(jìn)氣門、排氣門、活塞銷、連桿、曲軸、軸承和飛輪等構(gòu)件構(gòu)成。柴油發(fā)電機(jī)的柴油機(jī)一般是單缸或多缸四行程的柴油機(jī)，下面我只說說單缸四行程柴油機(jī)的工作基本原理：柴油機(jī)起動(dòng)是通過人力或其它動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)柴油機(jī)曲軸使活塞在頂部密閉的氣缸中作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
活塞在運(yùn)動(dòng)中完成四個(gè)行程：進(jìn)氣行程、壓縮行程、燃燒和作功(膨脹)行程及排氣行程。當(dāng)活塞由上向下運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)氣門打開，經(jīng)空氣濾清器過濾的新鮮空氣進(jìn)入氣缸完成進(jìn)氣行程�；钊上孪蛏线\(yùn)動(dòng)，進(jìn)排氣門都關(guān)閉，空氣被壓縮，溫度和壓力增高，完成壓縮過程。活塞將要到達(dá)最頂點(diǎn)時(shí)，噴油器把經(jīng)過濾的燃油以霧狀噴入燃燒室中與高溫高壓的空氣混合立即自行著火燃燒，形成的高壓推動(dòng)活塞向下作功，推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，完成作功行程。上海翻譯公司作功行程完了后，活塞由下向上移動(dòng)，排氣門打開排氣，完成排氣行程。每個(gè)行程曲軸旋轉(zhuǎn)半圈。
經(jīng)若干工作循環(huán)后，柴油機(jī)在飛輪的慣性下逐漸加速進(jìn)入工作。柴油機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)便帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，發(fā)電機(jī)有直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)�；具\(yùn)作原理：柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，這是根本。將柴油的能量轉(zhuǎn)化為電能。在柴油機(jī)汽缸內(nèi)，經(jīng)過空氣濾清器過濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油充分混合，在活塞上行的擠壓下，體積縮小，溫度迅速升高，達(dá)到柴油的燃點(diǎn)。柴油被點(diǎn)燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動(dòng)活塞下行，稱為作功。各汽缸按一定順序依次作功，作用在活塞上的推力經(jīng)過連桿變成了推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力量，從而帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。
將無刷同步交流發(fā)電機(jī)與柴油機(jī)曲軸同軸安裝，就可以利用柴油機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，利用電磁感應(yīng)原理，發(fā)電機(jī)就會(huì)輸出感應(yīng)電動(dòng)勢，經(jīng)閉合的負(fù)載回路就能產(chǎn)生電流。這里只描述發(fā)電機(jī)組最基本的工作原理。要想得到可使用的、穩(wěn)定的電力輸出，還需要一系列的柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)控制、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)保護(hù)器件和回路。柴油發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)分析：一臺(tái)普通型柴油發(fā)電機(jī)組主要由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)以及控制系統(tǒng)三部分組成，柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)有兩種連接方式，一為柔性連接，即用連軸器把兩部分對(duì)接起來，二為剛性連接，用高強(qiáng)度螺栓將發(fā)電機(jī)鋼性連接片和柴油機(jī)飛輪盤連接而成，目前市場上的柴油發(fā)電機(jī)組使用剛性連接的比較多一些，柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)連接好之后安裝在公共底架上，然后配上各種起保護(hù)作用的傳感器，如水溫傳感器，通過這些傳感器，直觀地把柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)顯示給操作員，而且有了這些傳感器，就可以設(shè)定一個(gè)上限，當(dāng)達(dá)到或超過這個(gè)限定值的時(shí)候控制系統(tǒng)會(huì)預(yù)先報(bào)警，這個(gè)時(shí)候如果操作員沒有采取措施，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將機(jī)組停掉，柴油發(fā)電機(jī)組就是采取這種方式起自我保護(hù)作用的。
傳感器起接收和反饋各種信息的作用，真正顯示這些數(shù)據(jù)和執(zhí)行保護(hù)功能的是柴油發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)，控制屏一般安裝在發(fā)電機(jī)上，稱為背包式控制屏，也有部分是獨(dú)立一個(gè)屏放置在操作室內(nèi)，稱為分體式控制屏，控制屏通過電纜和發(fā)電機(jī)以及傳感器連接，分別顯示電參數(shù)和柴油機(jī)運(yùn)行參數(shù)。此外,發(fā)電機(jī)組還有底盤、聯(lián)軸器、散熱器、燃油箱,有的還裝設(shè)有消聲器和外罩。
UPS電源是為安防監(jiān)控系統(tǒng)提供動(dòng)力的核心部分，是為安防監(jiān)控系統(tǒng)提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷電力供應(yīng)的重要外部設(shè)備。目前，市場上供應(yīng)的UPS電源設(shè)備種類繁多，輸出功率也有所不同。UPS電源按工作模式可分為后備式、在線式兩大類。按其輸出波形又分為方波輸出和正弦波輸出兩種。以下主要介紹了UPS電源的工作原理，以及如何配置安防監(jiān)控系統(tǒng)的UPS電源。
備用電源是安防監(jiān)控系統(tǒng)基本要素之一。缺少備用電源的系統(tǒng)則暗藏致命缺陷，不能投入實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，因?yàn)闃O可能在關(guān)鍵時(shí)刻貽誤戰(zhàn)機(jī)，拋錨停擺，整系統(tǒng)癱瘓，造成無可挽回的損失。
安防監(jiān)控系統(tǒng)正常情況使用220伏市電，而在斷電和市電被破壞的特殊情況下，還應(yīng)正常工作一段時(shí)間，這就需要啟用備用電源來維持這段時(shí)間監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作。備用電源有雙路或多路供電、蓄電池組供電、發(fā)電機(jī)供電、UPS供電等等。但通常采用UPS不間斷電源作為安防監(jiān)控系統(tǒng)備用電源。
一、UPS(不間斷電源)的工作原理
UPS電源由蓄電池、逆變器、充電器、穩(wěn)壓穩(wěn)頻器、轉(zhuǎn)換開關(guān)組成。當(dāng)市電正常輸入時(shí)，UPS就將市電穩(wěn)壓后供給負(fù)載使用，同時(shí)對(duì)內(nèi)置電池組充電，把能量儲(chǔ)存在電池中;當(dāng)市電中斷(事故停電)或輸入故障時(shí)，UPS立即將內(nèi)置電池的能量轉(zhuǎn)換，瞬間以220伏交流電繼續(xù)供負(fù)載使用，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟硬件不受損壞。UPS電源分為后備式、在線式、在線互動(dòng)式三大類：
1、后備式UPS電源
在市電正常供電時(shí)，市電通過交流旁路通道經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)直接向負(fù)載提供電源，UPS電源內(nèi)的逆變器處于停止工作狀態(tài)，這時(shí)的UPS電源實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于一臺(tái)性能單一的市電穩(wěn)壓器。它除了對(duì)市電電壓的幅度波動(dòng)有所改善外，對(duì)電壓的頻率不穩(wěn)、波形畸變以及從電網(wǎng)侵入的*等不良影響基本上沒有任何改善。只有當(dāng)市電供電中斷或低于170伏時(shí)，蓄電池才立刻對(duì)逆變器供電，向負(fù)載提供穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的方波交流電源。
2、在線式UPS電源
在市電正常供電時(shí)，它首先將市電交流電源經(jīng)整流變成直流電源，然后進(jìn)行脈寬調(diào)制、濾波、并將直流電源經(jīng)逆變器重新轉(zhuǎn)換成正弦波交流電源向負(fù)載供電，一旦市電中斷，立即改由蓄電池提供的直流經(jīng)逆變器、電脈寬調(diào)制、濾波，向負(fù)載提供正弦波交流電源。
因此，對(duì)在線式UPS而言，在正常情況下，無論有無市電，它都是由UPS電源的逆變器對(duì)負(fù)載供電，這樣就避免了所有由市電電網(wǎng)電壓波動(dòng)及*而帶來的影響。
顯而易見，在線式UPS電源的供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式UPS電源，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的穩(wěn)頻、穩(wěn)壓供電。而且在由市電轉(zhuǎn)換到蓄電池供電時(shí)，其轉(zhuǎn)換時(shí)間基本為零，真正給用戶提供高質(zhì)量穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的純凈正弦波電源，從而提供符合安防監(jiān)控系統(tǒng)需要的電源保護(hù)。
在線互動(dòng)式UPS電源結(jié)合了后備式UPS和在線式UPS的許多優(yōu)點(diǎn)，也是一種很不錯(cuò)的變換形式，但是由于它使用的是工頻變壓器，有笨重、體積大的問題存在。
二、如何配置安防監(jiān)控系統(tǒng)中UPS電源
UPS是伴隨計(jì)算機(jī)的誕生而出現(xiàn)后備電源。在安防監(jiān)控系統(tǒng)中越來越多應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，因此對(duì)電力供電質(zhì)量提出越來越高的要求。UPS不但可全面改善供電質(zhì)量，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)乃至網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)全面保護(hù)，還可保證市電斷電和被人為破壞的特殊情況下，繼續(xù)正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)。由于安防監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)供電要求較高，所以一般會(huì)選擇在線式(正弦波，市電要求)UPS電源。
給安防監(jiān)控系統(tǒng)配備UPS電源時(shí)，首先應(yīng)估算整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的用電功率，安全系數(shù)一般取1.2-1.5為宜，為供電系統(tǒng)留有充分的冗余量。其次根據(jù)系統(tǒng)要求延時(shí)供電時(shí)間，計(jì)算配置電池組。最后，還應(yīng)注意使用環(huán)境，防潮通風(fēng)，注重降溫，延長平均無故障工作時(shí)間，提高系統(tǒng)的可靠性。UPS電源應(yīng)設(shè)置在監(jiān)控室，實(shí)行統(tǒng)一管理。當(dāng)市電不正常時(shí)能及時(shí)為系統(tǒng)設(shè)備提供不間斷電力供應(yīng)，確保系統(tǒng)工作正常。
在傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)當(dāng)中，數(shù)據(jù)中心的主進(jìn)線先至配電柜(配電柜一般額定功率為50~500kW)，配電柜一般配有大型電力變壓器用以轉(zhuǎn)換電壓或改善電力質(zhì)量。然后，配電柜將主進(jìn)線分配成一定數(shù)量的分支電路(一般額定功率為1.5~15kW)為IT設(shè)備配電。每臺(tái)IT機(jī)柜使用一條或多條分支電路。IT機(jī)柜的布線通常要求使用硬管或軟管，一般部署在高架地板之下。
在傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)推出之時(shí)數(shù)據(jù)中心內(nèi)僅有數(shù)量非常少的大型IT設(shè)備。那時(shí)，除了對(duì)IT設(shè)備進(jìn)行重要升級(jí)時(shí)執(zhí)行計(jì)劃宕機(jī)外，很少會(huì)對(duì)此進(jìn)行變更。
面臨的挑戰(zhàn)
當(dāng)下，數(shù)據(jù)中心用電方面已然發(fā)生了巨大變化，特別是面臨著功率密度升高、獨(dú)立IT設(shè)備數(shù)量不斷增加、需要在現(xiàn)有IT設(shè)施部署的基礎(chǔ)上添減設(shè)備等難題，而這些難題給傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)帶來了很大的挑戰(zhàn)。較之過去數(shù)據(jù)中心內(nèi)寥寥數(shù)個(gè)大型IT設(shè)備，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心內(nèi)可能裝有上千臺(tái)帶有獨(dú)立電源線的插接設(shè)備，這就需要更多的電源插座。
在數(shù)據(jù)中心生命周期內(nèi)，機(jī)柜內(nèi)的IT設(shè)備更換頻繁，常常需要更改功率或在機(jī)柜處增減插座。由于功率需求的變化，處于運(yùn)作中的數(shù)據(jù)中心時(shí)常要在不*附近IT負(fù)載的情況下添加電路。單位機(jī)柜功率密度顯著提高，單位機(jī)柜內(nèi)部的支電路數(shù)量也相應(yīng)增多，大量電線導(dǎo)管充塞地板下的通風(fēng)空間，會(huì)導(dǎo)致氣流阻塞，也加大了更改布線的難度。分支電路斷路器連接的IT設(shè)備數(shù)量常常遠(yuǎn)不只一臺(tái)，這就很難估算分支電路尺寸或判斷是否臨界過載�，F(xiàn)代數(shù)據(jù)中心普遍安裝雙路供電系統(tǒng)，必須確保所有電路負(fù)載均不超過50%.
然而，目前尚沒有任何辦法對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控或規(guī)劃。雖然人們已經(jīng)普遍意識(shí)到了這些問題，市場上也出現(xiàn)了各種相應(yīng)的產(chǎn)品，但由于仍使用了傳統(tǒng)的配電架構(gòu)，導(dǎo)致一些新建的數(shù)據(jù)中心處于以下窘境：數(shù)據(jù)中心操作員不得不帶電更換電路(熱作業(yè));操作員無法判斷哪些電路臨界過載，或當(dāng)一條電路斷電時(shí)哪些電路可能過載;地板下的供冷空間被大量的纜線阻塞，減少了現(xiàn)代IT設(shè)備的通風(fēng)量;配電柜的占地面積過大，對(duì)地板承重能力要求過高;由于沒有足夠的分支電路，配有大型變壓器的配電柜無法得到充分利用;配有大型變壓器的配電柜產(chǎn)生大量廢熱，必須對(duì)其制冷，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心效率降低。
優(yōu)化配電架構(gòu)以應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心發(fā)展需求
優(yōu)化目標(biāo)
通過優(yōu)化，可打造高效、可擴(kuò)展、可重新配置的數(shù)據(jù)中心配電架構(gòu)，其具備以下特征：可在運(yùn)行的系統(tǒng)中安全新增或變更電路;無需在地板下敷設(shè)纜線;可對(duì)所有的電路功率進(jìn)行監(jiān)控;可遠(yuǎn)程監(jiān)控所有斷路器狀態(tài);可隨時(shí)對(duì)IT區(qū)域或相關(guān)配電區(qū)域進(jìn)行部署;IT機(jī)柜僅通過一根線纜滿足所有功率需求;IT人員可自行更換使用IT機(jī)柜上的插座型號(hào);可對(duì)每條支電路的容量及冗余進(jìn)行管理;無需使用過量的銅線;效率高。
大型數(shù)據(jù)中心場景
對(duì)于較大的數(shù)據(jù)中心，在安裝一組機(jī)柜時(shí)，小型的模塊化配電柜也會(huì)被同時(shí)安裝，并插接上方的母線槽。不同于傳統(tǒng)斷路器面板的導(dǎo)線線頭事先未經(jīng)過處理，模塊化配電柜使用的是安裝有預(yù)先端接防電擊斷路器模塊的背板。模塊化配電柜內(nèi)起初并未安裝分支電路模塊。從模塊化配電柜到IT機(jī)柜的電源電路均使用軟線纜連接，這些線纜需在現(xiàn)場插接到模塊化配電柜的正面，以滿足每臺(tái)機(jī)柜的不同需要。IT機(jī)柜的分支電路線纜為預(yù)先端接，同時(shí)配有可插接模塊化配電柜防電擊背板的斷路器模塊。對(duì)于需要使用專門分支電路的設(shè)備而言，例如大多數(shù)的刀片服務(wù)器，一根配電柜線纜內(nèi)含有1～3個(gè)分支電路，這些線路直接插接刀片服務(wù)器，無需額外機(jī)柜級(jí)配電柜(比如配電盤)。當(dāng)機(jī)柜內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行混合部署時(shí)，可使用提供額定電流且可更換插座的機(jī)柜式配電柜。在該系統(tǒng)中，新增IT機(jī)柜行配備有配電柜以及所有配套分支電路電線、條形機(jī)柜插座，可在1h內(nèi)安裝完成，無需任何切線或端接操作。
小型數(shù)據(jù)中心場景
300kW以下的小型數(shù)據(jù)中心可采用簡化架構(gòu)，其組成元件及工作原理與大型數(shù)據(jù)中心相同。對(duì)于只允許使用一到兩個(gè)配電柜的小型數(shù)據(jù)中心，用傳統(tǒng)導(dǎo)管及電線將模塊化配電柜直接連接至關(guān)鍵母線的方法往往更加經(jīng)濟(jì)。小型數(shù)據(jù)中心也可以采取一種更為簡化的方案，即將模塊化配電柜直接集成于UPS系統(tǒng)，構(gòu)成一個(gè)可安放于IT房間并與IT機(jī)柜排成一行的緊湊部署方案。這樣便可省去利用主母線布線環(huán)節(jié)，同時(shí)也無需額外準(zhǔn)備電源安置空間。至于很小的數(shù)據(jù)中心或形狀不規(guī)則的數(shù)據(jù)中心，采用小型模塊化配電單元?jiǎng)t極為適合。
改造、升級(jí)應(yīng)用場景
現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的升級(jí)往往涉及許多個(gè)數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，擴(kuò)容或安裝高密度區(qū)域項(xiàng)目是其中最為普遍的。相比安裝傳統(tǒng)配電柜，模塊化配電系統(tǒng)的安裝過程要來得簡單方便許多，尤其適用于這些改造項(xiàng)目。在為現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心安裝新的傳統(tǒng)配電柜時(shí)會(huì)面臨一連串挑戰(zhàn)，而模塊化配電系統(tǒng)卻可將多數(shù)的挑戰(zhàn)難題一并“解決”。隨著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，模塊化配電柜可與現(xiàn)有傳統(tǒng)配電柜共處運(yùn)行。在這些改造方案中，傳統(tǒng)配電柜的安裝常常受限于各種歷史局限，不使用吊頂母線槽元件，每個(gè)配電柜均由傳統(tǒng)管道及電線連接至主母線。模塊化配電柜在升級(jí)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心時(shí)最重要的優(yōu)勢為：由于線纜均置于吊頂線纜槽之內(nèi)，其安裝不會(huì)加劇地板下氣流阻塞現(xiàn)象。
配電監(jiān)控
在數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)中，可能有數(shù)以百計(jì)的斷路器處于負(fù)載狀態(tài)。而經(jīng)過優(yōu)化的配電系統(tǒng)采用更高容量的機(jī)柜供電，其斷路器數(shù)量較之一般系統(tǒng)減少20%～40%.即使這樣，系統(tǒng)中仍存在諸多電路，這些電路可分為4個(gè)級(jí)別：UPS主母線、配電柜輸入、分支電路、插座。模塊化配電系統(tǒng)采用內(nèi)置電流及能源監(jiān)控，可對(duì)各個(gè)級(jí)別的每條線路做到了如指掌。除此之外，配電柜的分支電路斷路器也處于監(jiān)控之中，以便實(shí)時(shí)掌握其工作狀態(tài)。所有監(jiān)控均通過簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)公開標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行通訊。容量管理軟件可對(duì)系統(tǒng)中每條電路實(shí)施監(jiān)控，增強(qiáng)安全系數(shù)，驗(yàn)證冗余并對(duì)現(xiàn)有容量進(jìn)行確認(rèn)。 |
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