天气温度对数据中心后备柴发的影响分析及应对措施
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2022-08-29 12:05
进入严冬，气温会越来越低，而数据中心大部分设备正常工作都需要在零度以上。柴发作为数据中心市电的重要后备和应急补充，低环境温度会对柴发系统的运行造成严重的影响，那么面对寒冷天气，数据中心后备柴发应该如何应对呢？
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温度过低对柴发启动和运行的影响
柴油发动机的每个工作循环由进气、压缩、做功、排气四个行程。柴油机在进气过程吸入的是空气，在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃的混合气。在燃烧的高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而做功，废气经过排气管排入大气。气温过低而无预防措施的情况下，将造成柴发启动困难和启动后输出功率下降的影响。
1、柴油机气缸压缩终了时空气温度达不到启动所要求的温度，且气缸内压缩空气压力也明显低于启动所要求的压力，造成启动困难；或启动后带载能力不足。
2、蓄电池最佳工作温度为20～40℃，随着环境温度的降低，其大电流输出能力也相应地下降，导致柴油机启动系统功率下降；环境温度较低时，机油黏度变大，各摩擦负之间阻力加大，使柴油机启动转速下降。上述两个不利条件的叠加，更增加启动难度。
3、当环境温度过低，机油在气温较低时粘度较大，其流动性变差，不仅增加柴油发电机组的零件磨损，而且由于零件运动阻力增大，使机械功率损失增加，柴油发电机组的输出功率就会降低。经常性冷缸启动加速磨损，将整体降低机器的负载能力。
4、环境温度过低，气缸温度就会很低，气缸内的水蒸气就容易凝结在缸壁上，而柴油发电机燃烧时生成的二氧化硫遇到冷凝在缸壁上的水，就会变成强列的腐蚀剂粘附在缸壁上，因此缸壁表面就会受到强烈的腐蚀，导致其表面金属组织疏松；当气缸套与活塞环之间相互摩擦刮削时，会使腐蚀层表面疏松的金属很快磨损脱落，或在缸套工作表面出现蚀点、凹坑。气缸的损伤影响柴发的负载能力。
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低温对柴油供应的影响
凝点与冷滤点
目前国内应用的轻柴油按凝固点分为7个标号：10#、5＃柴油、0＃柴油、-10＃柴油、 -20＃柴油、-35＃柴油和-50＃柴油。
选用不同标号的柴油应主要根据使用时的气温决定。比如在0°C凝固的柴油称之为0号柴油，在-10°C凝固的柴油称之为-10号柴油，在-20°C凝固的柴油称之为-20号柴油，在-35°C凝固的柴油称之为-35号柴油，在-50°C凝固的柴油称之为-50号柴油众号：通信电源技术 与你在一起）。需要注意的是，这个凝点并不是柴油完全凝固成固体了，而是柴油失去流动性了。
柴油的构成成分复杂，与纯化合物的液体不同，有一个影响到实际使用的指标叫冷滤点。冷滤点是指在规定条件下，当柴油通过过滤器每分钟不足20ml时的最高温度（即流动点使用的最低环境温度）。
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柴油凝点与冷滤点指标 |
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标号 |
凝点 |
冷滤点 |
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0#柴油 |
0℃ |
4℃ |
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-10#柴油 |
-10℃ |
-5℃ |
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-20#柴油 |
-20℃ |
-14℃ |
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-35#柴油 |
-35℃ |
-29℃ |
因此，并不是在凝点之上的柴油都可以使用，在冷滤点的温度下，柴油虽然仍然是液体，但液体中会凝结出一个个的小晶粒，这个晶粒无法通过柴油滤清器。所以，柴油的选择必须高于冷滤点。对照上表，最低气温在4℃以上地区选择 0号柴油，最低气温在-5℃以上地区选择-10号 柴油， 最低气温在-14℃以上地区选择-20号柴油，最低气温在-29℃以上地区选择-35号柴油，最低气温在-44℃以上地区选择-50号柴油。根据当地的最低气温合理选择柴油的标号，既不要过度节约也不要浪费。按当地最低气温选择柴油，常用的场景如下表：
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5#柴油 |
适合最低温在8℃以上地区 |
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0#柴油 |
适合最低温在4℃以上地区 |
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-10#柴油 |
适合最低温在-5℃以上地区 |
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-20#柴油 |
适合最低温在-14℃以上地区 |
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-35#柴油 |
适合最低温在-29℃以上地区 |
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-50#柴油 |
适合最低温在-44℃以上地区 |
备注 ： 按以上最低适用温度使用时，仍会有10%被冻住的风险率
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预防措施
数据中心后备柴发一般设定为自动启动，停电时即全速启动，无怠速启动过程。启动后转速和电压正常后并机、带载，整个过程要求在30秒之内完成众号：通信电源技术 与你在一起）。秋冬季节温度低，若经常性冷缸启动，必然造成设备严重磨损，甚至在电池性能不佳的情况下也可能启动失败。基于前述的低温下不良影响，需要采取必要的应对措施。
1、循环水电加热装置 ：数据中心的柴发一般均配备了循环水电加热装置，气缸和润滑油常年保持在35-55℃之间，利于需要应急时能立即全速启动且启动后带载能力达到设计要求。
2、根据当地最低温选择柴油标号 ：对照表格的柴油冷滤点，按当地最低温选择相应标号。如上海地区最低温为-5℃左右，选择-10#柴油。
对于放置在室外的柴发，应更全面考虑低温对整个输油路径的影响。除了需要根据往年最低温选择柴油标号外，对于室外输油管裸露部位、室外临时油箱等 采取保温防护措施，防止出现突发的突破温度下限的情况。
3、关注启动蓄电池 ：蓄电池最佳工作温度为20～40℃，随着环境温度的降低，其输出能力也相应地下降，导致柴油机启动系统功率下降；同时环境温度较低时，机油黏度变大，各摩擦负之间阻力加大，叠加了启动难度（公众号：通信电源技术 与你在一起）。必要时需对蓄电池进行保温，保证能正常充电且有足够的输出电流，从而保证有足够的启动系统功率。
根据有关资料，0℃时铅酸蓄电池损失约30%的容量，对于室外环境的柴发更需要重视，对于容量下降明显的在冬天之前及时更换新的启动电池。
4、环控系统覆盖： 对于柴发本体的加热装置或缸体温度设置监控点，加热系统故障或加热器保险丝熔断导致无法加热的，能及时得到处置。启动电池和临时油箱 宜设置温度监控，也可本地放置温度计便于巡检时进行检查。
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