随着互联网及数据中心产业的蓬勃发展，柴油发电机组作为备用电源或者临时电源，以其可靠性和安全性广泛应用于IDC等通信行业。为了缩短建设周期和减少土建施工量，许多用户倾向于选择采用8台静音集装箱式高压柴油发电机组组成模块式供电模式。8台机组并联运行，可互为备用。
1 静音集装箱式高压柴油发电机组的设计图与部件明细
集装箱发电站也可用于除数据中心外的海岛、荒漠等场所作为常用或备用电源。根据多年工作经验，本文设计了一款静音集装箱式高压柴油发电机组，设
备布置如图1和图2所示，各部件明细如表1所示。
2 结构设计
集装箱参照标准40尺超高集装箱设计（外形尺寸长12192mm，宽2438mm，高2896mm），箱体额定载重26570kg，发电机组本体质量约18t，辅机约4t，合计约22t，符合要求。集装箱根据海陆联运的标准要求进行设计，按照常规港口集装箱的制作工艺，设计及选材符合集装箱制造要求。它的4 个顶部及底部的角件符合港口专用集装箱吊机的满载标准起吊。另外，为了方便客户现场采用钢丝绳吊扣吊卸，缩小吊钩与集装箱之间的距离，顶部配有4 只采用钢板向内60°角折弯制成的吊耳。底部配备标准位置的定位角件，以满足海陆联运的要求。集装箱箱体采用整体封闭结构，能够防雨雪和防风沙。箱体表面按照港口机械的油漆涂装，能防潮、防腐、防日晒以及防盐雾。所有使用的集装箱材料符合-20～80℃环境下的使用要求，材料及其参数如表2所示。箱体所有钢材表面经过打砂处理，喷砂除锈至Sa2.5级，表面粗糙度≥40μm。所有的焊缝焊接完成后需要经过二次打砂处理，焊接表面要求除锈至Sa2.5。集装箱箱面刷四面油漆，分别为富锌底漆、环氧中间漆和丙烯酸面漆；内箱刷两面油漆，分别为富锌底漆和环氧面漆；箱体底部刷富锌底漆和隔水沥青。
集装箱主要结构材料清单如表2所示，静音集装箱式高压柴油发电机组的设计引用的标准如表3所示。
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3.1 箱
集装箱内装有常用功率1800kW/额定电压10.5kV的柴油发电机组1台、进排风消声器各1套、日用油箱1台、柜式气体灭火装置1台、机油散热器1台、机房通风轴流风机2台、辅机低压配电箱1台以及照明灯具。
3.2 箱 顶
箱顶包括卧式水散热器1台、排烟消声器1台以及进气过滤箱2台。
4 各系统设计方案及相关计算
4.1 辅机低压供电系统
辅机负载功率情况，如表4所示。
因风机功率较小，可采取负载从大到小分步加载全压启动方式。单台最大电源容量按3倍负载计算，所需电源容量为：
15.2×3+7.5+4.4=57.5kW （1）
辅机电源常规做法是取自客户端不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS），但此方案占用发电机和UPS 输出功率，且需要从UPS配电室敷设专用供电电缆至集装箱，降低了供电可靠性。本设计方案采用发电机组自身柴油机前端皮带轮驱动1台小型低压发电机给辅机供电，提高了供电可靠性。发电机选取连续功率58kW、额定电压400V、功率50Hz的双轴承低压发电机。
4.2 通风散热消音系统
箱体右侧进风，左侧排风。风道内装厚度50mm的可拆装消音片，总长度约1m，波浪形布置，风速控制在5m/s左右。根据经验，可降低噪声约30dBA。箱体四壁及顶部用8mm厚的白色硅酸钙穿孔吸音板和50mm厚消音玻璃棉装饰消音，可降低箱内噪声混响，美化机房环境。根据经验，箱体周围1m处噪声不超过80dBA。进风口两侧风口处安装带过滤网的电动密闭百叶窗，由发电机组自带蓄电池供电，有自动和手动两种工作方式，且与消防控制系统联动，火灾时紧急关闭。
4.2.1 集装箱内通风散热轴流风机选型
已知1800kW柴油发电机组满载时柴油机对周围空气热排放为150kW，发电机对周围空气热排放为72kW，集装箱外部环境温度40℃，因此当风机排风温度50℃时所需的排风量为：
Q=CMΔTc （2）
式中，Q为机组每小时散热量，单位为kW；M为每秒流过机房的空气质量流量，单位为kg/s；C 为一个标准大气压下40℃时空气的定压比热容，单位为
kJ/（kg·℃）；ΔTc 为温升，单位为℃。每秒流过机房的空气质量流量M为：
M=Q/(C·ΔTc)=222/(0.013×10)=21.9kg/s （3）
体积流量V 为：
V=M/ρ=21.9/1.128=19.4 m³/s=69840 m³/h （4）
式中，ρ=1.128kg/m3，为40℃空气密度。另外，机油散热器所配风机流量为39600m³h，可同时提供机房散热，因此所需风机风量为：
69840-39600=30240m³h （5）
为了散热迅速，采用2台轴流风机高位左右布置，则每台风机需要提供的风量为：
30240/2=15120m³h （6）
风机选2台机号为NO.800、额定转速为960r/min、额定功率为2.2kW 的轴流风机。
4.3 气体灭火消防系统
柴油发电机房属于重要机房，因集装箱空间狭小，不适合安装水喷雾灭火装置，因此本设计方案采用柜式七氟丙烷气体灭火装置。该装置又称无管网七氟丙烷装置，是集气体灭火、自动控制以及火灾探测等于一体的现代化智能型自动灭火装置，符合《GB50370—2005气体灭火设计规范》及ISO 14520-9《气体灭火系统- 物理性能和系统设计》系统设计及产品标准规范的要求。七氟丙烷（HFC-227ea）是一种无色无味、可低压液化贮存、以化学灭火方式为主的气体灭火剂，毒性比卤代烷灭火剂小，对臭氧层的耗损潜能值（Ozone Depleting Potential，ODP）为零，具有不导电、无二次污染、灭火效能高以及对电器电子设备无腐蚀及污损的特点，特别适用于有人员工作的场所，如计算机房、电讯中心、图书馆以及配电房等重要场所。
消防器材的选型。已知40尺集装箱内容积约为80m³，灭火剂采用七氟丙烷。根据《GB 50370—2005 气体灭火设计规范》，灭火剂设计用量W为：
式中，W为灭火设计用量；V为防护区净容积，单位为m³；K为海拔高度修正系数；C1为灭火设计浓度，发电机房取9%；S为灭火剂过热蒸汽在101kPa大气压和防护区最低环境温度下的质量体积，单位为m³/kg，计算方式为：
S=0.1269+0.000513×T=0.1269+0.000513× (-10)=0.1218 （8）
式中，T为防护区内最低环境温度，单位为℃，要求不低于-10℃。按规范附录B取值，则灭火设计用量为：
查询消防器材厂家样本，七氟丙烷充装密度为1000kg/m³，选70L柜式规格。保护区内即集装箱内，安装多点烟感、温感传感器及1台柜式气体灭火器。集装箱外壁安装放气勿入发光警告指示牌、声光报警器、气体灭火控制器主机以及手动控制盒。发生火灾时，柜式气体灭火器可自动喷射灭火剂，或者人为按下手动控制盒内按钮开启灭火器灭火。控制器可向监控室发出火灾信号。保护区外即箱体外配备2只手提式干粉灭火器，用于气体灭火器失灵时紧急手动灭火。
4.4 供油系统
集装箱内安装1台容积为1000L的日用油箱、磁翻板液位计、液位传感器、阻火呼吸阀、溢流管、紧急泄油阀、检修口及盖板以及供、回油管及球阀等。集装箱群外埋设储油罐一座，配有输油泵，用于给多台集装箱机组日用油箱供油。根据需要，可打开泄油阀将日用油箱内柴油泄回储油罐。
4.5 箱体顶部辅机系统
集装箱顶部安装可拆卸防水盖板，方便发电机组进出；安装1台抗性、阻性复合排烟消音器，高位向上排烟，可降低排烟噪声约30dBA；安装1台卧式水散热器，装有8台单机1.9kW轴流风机，能够向上排风给柴油机冷却液散热。集装箱箱顶水箱位置四周焊接有外伸维修平台，便于工人施工作业。
4.6 云监控即5遥自动化系统
集装箱内平时无人，处于黑暗状态，属于无人值守机房。为了保障设备安全，减轻操作人员劳动强度，根据《GB 51348—2019 民用建筑电气设计标准》和《GB 50198—2011 民用闭路监视电视系统工程技术规范》，每台集装箱机组配置1台云监控控制模块和4台超低照度红外防水筒型摄像机，24h不间断对发电机组进行遥测（读取运行数据）、遥控（控制机组启停）、遥信（读取机组工作状态及故障信息）、遥调（修改机组控制器参数）以及摄像机遥视（视频监控），实现5遥监视，随时随地掌握发电机组的运行状态。DT4000 云监控通信模块如图3所示。
DT4000云监控通信模块是一种4G版本数据通信采集模块，主要功能是采用无线方式将发电机组控制器连入互联网，无需敷设专用通信线路。有4G网络的地方，均可通过手机App和电脑PC端远程实时监控发电机网，实现远程控制机组、远程数据监控、远程故障诊断、机组位置GPS实时定位以及保养维护管理等功能。模块登录云服务器后，云服务器将传送相应的发电机组控制器通信协议到模块。云监控模块可通过RS485接口连接到机组进行数据读取和写入操作。遥控和遥测机组如图4 所示。
5 遥自动化系统具有诸多特点
第一，可通过4G无线网络与云服务器连接，一个云监控模块监控一台发电机组。
第二，具备和多种机组控制模块进行通信的接口，如RS485和USB（Host），可监控国际一流品牌的大多数发电机组控制模块。
第三，安全可靠。DTU模块采用加密的网络数据通信协议定时上传机组数据，当网络不稳定时可自动重连，保证数据传输不丢包。
第四，费用低廉。采用专业压缩算法，流量消耗比传统JSON格式数据减少70%以上，大大减少了网络流量。
第五，方便易用。系统采用阿里云服务器，系统软件安装在服务器上，无需单独安装控制软件，能上网的电脑均可使用，而手机或平板电脑通过安装APP应用程序即可使用。
第六，超宽范围供电电源DC8～36V。
第七，友好的人机界面。通过设备列表可实时了解所有机组的运行状态。 第八，通过视频监控让现场机组如同近在咫尺。
第九，采用原装进口ARM32 位单片机，具有处理速度快、系统集成度高以及扩展能力强的特点。
第十，模块具有GPS定位和基站定位功能，可获取机组的位置信息，实现机组实时定位，图5为系统的电子地图界面。
第十一，优秀的扩展功能。不仅可根据用户需要接入环境监测模块和门禁模块等，还可以扩展检测环境温度、环境湿度、一氧化碳浓度以及门禁状态等。
第十二，黑匣子功能。可通过机组故障发生时的历史曲线图查询数据明细，为维护人员判断故障提供依据，以便准确定位分析故障原因，为检修做好准备，节省维护时间。
第十三，维修保养管理功能。可将每次维修保养情况录入系统，并可查询指定时间段的维修保养记录，方便客户管理维护保养成本。
第十四，运行统计功能。可通过本系统查询指定时间段机组运行数据，如开机时间、停机时间、负载功率、电压以及电流等数据，并可导出EXCEL报表。
第十五，当发电机组发生故障报警时，同步上传数据到服务器，故障报警界面如图6所示。
第十六，支持多种网络制式，如同时支持移动4G、3G、2G，联通4G、3G、2G，电信4G。
第十七，模块化结构设计，阻燃ABS外壳，重量轻，结构紧凑，安装方便。
第十八，标准π 型35mm导轨安装或螺丝固定安装。
6 其 他
集装箱内安装6盏LED防爆荧光灯及4盏防爆直流LED灯。箱外两侧设有爬梯方便人员上下。集装箱两侧检修门内凹设计，门把手不外凸，防雨防刮碰，简洁美观。箱体内、外部设置发电机组排污系统（冷却液、润滑油、油箱排污口）。（文：卢天兵）
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