能源・电力 ＬｏＷ ＣＡＲＢｏＮ ＷＯＲＬＤ ２ｏｌ４，５ ｌ ＯｋＶ高压柴油发电机在数据中心的应用 肖：疫（广东省电信规划设计院有限公司，广东Ｆ－￣ｌｑ ５１０６３０） 【摘 要】大型数据中心（或数据中心园区）功率密度高，整体耗电量大，且对供电的连续性要求高，发电机系统的设计十分重要，本文主要对 １０ｋＶ高压柴油发电机在数据中心的应用进行探讨。 【关键词】１０ｋＶ高压柴油发电机机；数据中心；绿色节能 【中图分类号】ＴＭ３１４ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号］２０９５—２０６６（２０１４）１０—００７０—０２ 引言 随着社会的信息化程度日益提高，各行各业对数据搜集、 存储、处理的需求越来越大，数据中心在全球范围内如雨后春 笋般建设起来。作为供电系统的最后一道保障，且由于初期投 资规模较大，自备应急柴油发电机系统在数据中心的建设中 非常重要，结合数据中心特点，设计选择合适的柴油发电机系 统．在数据中心设计中具有重要意义。 １数据中心的可靠性与绿色节能 在各类数据中心应用中，特别是通信运营商、银行金融 业、互联网企业等对数据中心的要求尤为突出，主要表现在对 数据中心的机架需求量极大、对可靠性的要求极高。 为满足其机架需求量大的特点，大型数据中心、数据中心 园区应运而生．为满足其对可靠性的要求，在数据中心各个环 节．充分考虑潜在的设备故障等对系统的影响，大量进行设备 冗余配置以确保数据中心系统的安全可靠运行 例如在供配电环节，传统大型数据中心通常采用两路独 立（来自不同区域变电站）外电电源（通常为１０ｋＶ），且容量互 为备份、设置通信设备用不间断电源（ＵＰＳ、ＥＰＳ、高压直流电 源等）、设置空调设备及通信设备等用应急电源（通常为３８０Ｖ 柴油发电机组）等一系列措施来提高供电系统的可靠性。 另一方面．数据中心功率密度高且需要连续不间断的运 行．能源消耗量巨大，特别是大型数据中心能源的消耗量是十 分惊人的，从建设运营成本的角度考虑，在数据中心的生命周 期中能源消耗是主要的成本支出，因此绿色节能是数据中心 的另一大主题 因此．由于数据中心的固有特点，一方面要求极高的可靠 性。一方面要求绿色节能，在很多时候，这两者是一个问题的 两面．是一个矛盾的统一体。在数据中心的设计建设过程中， 如何平衡二者的关系，做到在追求可靠性的同时建设一个绿 色节能环保的数据中心．是设计的重中之重。 ２数据中心柴油发电机系统 在数据中心设计过程中，各个环节均需要充分考虑系统 的可靠性、可用性、设备配置的冗余度、冗余配置导致的一次 投资费用、长期运行维护费用、对能源的消耗情况以及采用技 术创新的可行性．对建设数据中心绿色节能的作用等方面，合 理确定设计方案，选择合适的产品，在保证可靠性的同时，降 低数据中心的能源消耗，做到真正的绿色节能。目前，国内绝 大多数数据中心均采用３８０Ｖ发电机机组作为备用电源，本文 考虑自备应急柴油发电机电源环节，主要对１０ｋＶ高压柴油发 电机组在大型数据中心、数据中心园区的应用情况进行简要 论述 ３高低压发电机组的比较 低压柴油发电机做为备用和应急电源，在工业和民用项 目中应用较多。但中压柴油发电机通常用得较少，可供设计参 考的资料也较少。相对于通常的工业与民用项目，数据中心特 别是大型数据中心，由于其耗电量特别巨大，对供电的可靠性 要求又非常高．与传统民用建筑不同，其自备发电机组需要用 于保障机楼空调系统、机楼通信设备系统以及消防用电系统 的用电，但消防系统的用电量非常有限，存在同时用电可能性 的消防负荷在数据中心几乎可以忽略不计。 由于系统容量大，若采用低压柴油发电机组、配电电压等 级低，需要布置大量的母线槽，且低压机组能够并机运行的台 数有限，需要设置多个低压双电源转换装置等，高低压发电机 组的特点比较如下： ３．１传统的多台低压发电机组并联运行存在运行和 传输的缺陷 功率一定时。电压越高，电流越小，因此在相同功率条件 下，低压发电机组的电流大（约为高压机组的２６倍），特别是 当采用多台机组并机运行时，低压机组总电流特别巨大．而ｊｒ－ 流母排的容量是有限的，导致；ｒ－流母排的设计更为复杂（例如 采用回型母排．或通过均匀分配负载来减少流过母排的电流 等）。而高压发电机组电流小得多，即使是多台机组并机运行， 汇流母排的设计也非常简单。 在同样的输送功率下，由于电压越高，线路电流越小，因 此电压越高的线路采用的导线和电缆截面越小，从而可减少 线路的初投资和有色金属消耗量（例如可以大量节省低压密 集型母线槽的用量），在同样的电能输送距离条件下，还可以 减少线路的电能损耗和电压损耗，采用高压机组有利于电力 分配和长距离送电 ３．２断路器的短路分断电流 采用高压柴油发电机组，当高压系统发生短路时，短路电 流要比低压发电机组系统短路电流小很多．所以一旦发生短 路．低压系统产生的后果或危害要大得多。特别是当多台机组 并机运行时，当短路电流达到一定值后．断路器的规格也超出 了常规范畴，需要定制。而采用高压机组，由于短路电流较小， 常规的中压断路器即可以满足要求，选择断路器会方便得多。 ３－３高压系统可有效减小电压波动，多台并网时不 会发生局部放电的现象 ＬＤ ＣＡＲＢＯＮ ＷＤ ￡Ｄ ２０１４／５ 能源・电力 低压发电系统中，升压变压器局部放电是常见现象，局部 放电将导致电力变压器绝缘劣化．隐患相对较多。 （６）采用具有延时功能的双电源自动切换装置（ＡＴＳ），发 电机供电时，先投入空调等负荷，再投入ＵＰＳ负载，减少对发 电机及配电系统的影响 ３．４输送变压器 当用电负载中存在高压负载时（例如１０ｋＶ电动机），采用 高压系统供电比低压系统少了变压器．系统更为简洁．可以节 （７）合理布置发电机，节省建筑面积，充分考虑进排风和 排烟方式，保证发电机的安全可靠地启动、带栽、运行、稳定输 出功率 省变压器的投资．整个系统的保养及维护量明显低于低压系 统。多一台变压器，就多了一个保养设备，也多一个维修点同 时也多一次故障发生的机会。对于备用机组来说．安全最重 ６ １０ｋＶ高压发电机组配电系统的保护 采用１０ｋＶ高压发电机组时．配电系统通常宜设置下列保 要。同时增加变压器，也增加了系统的电能输送损耗。 ３．５高压机组的成熟性 目前，高压机组已广泛应用于各种小型电站、 台金企业、 机场等应急备用电源系统．根据过去各行业的运行实践可以 看出。高压机组技术已经日渐成熟与稳定．已被广大企业及重 要部门认可．因此高压机组将是未来大容量机组选择的必然 趋势。 ３．６辅助设备 高压机组辅助设备相对低压机组要多一些：如接地电阻 柜，差动保护，Ｐｒ柜，直流电源柜等。低压机组相对简单。 ４ ｌＯｋＶ高压发电机组的应用场景 综上所述．大型数据中心或数据中心园区，由于其用电量 特别巨大，且要求极高的可靠性和绿色节能，就柴油发电机系 统来说，相对于３８０Ｖ低压机组．采用１０ｋＶ高压机组利大于 弊，方案更为合理．节资节能。当发电机总容量较大，主供电线 路较远．或有１０ｋＶ电动机供电负荷时，宜采用１０ｋＶ电压等 级发电机组．因此１０ｋＶ高压发电机组是未来大型数据中心的 理想选择。 ５ １０ｋＶ高压发电机组设计要点 （１）发电机组应具有快速自动启动、自动切换、自动停机 和遥测、遥信功能。 （２）１０ｋＶ应急发电机电源与正常电源之间必须采取防止 并列运行的措施 （３）发电机容量应满足ＩＴ设备负荷、与ＩＴ设备运行相关 的空调设备负荷、智能监控系统负荷及消防设备负荷的要求。 （４）发电机组宜采用环保型发电机机组．具备快速启动能 力、较高过载能力及较强带非线性负载能力．并具有一定抗谐 波能力 （５）当台数多，经技术经济论证合理时，宜采用并列运行的 方式，以方便用电负荷的分配及节省配电导线的投资；并列运 行的发电机．当自动同步控制出现故障时，应能手动控制同步。 图１ 护功能： （１）同步或同步检测； （２）欠电压保护； （３）方向性有功过功率保护： （４）方向性无功过功率保护： （５）热过载继电器、变压器线圈温度（报警、跳闸）； （６）瞬动过电流保护； （７）延时过电流保护； （８）敏感接地故障延时过电流继电器（剩余电流保护）； （９）过电压保护： （１Ｏ）纵联差动保护： （１１）接地保护。 ７结束语 相对于传统３８０Ｖ柴油发电机来说．在相同的输送功率和 输送距离条件下．１ＯｋＶ柴油发电机系统具有电流小、传输损 耗低、输送距离远、便于并机运行以进行负荷的灵活分配、配 电线路截面小、可以大量节省有色金属用量、配电断路器选型 容易、；ｒ－流母排的设计较简单等优点．结合大型数据中心的固 有特点．大型数据中心应急电源系统采用ｌＯｋＶ高压发电机组 利大于弊，具有明显的优势，是科学合理的选择，建议未来在 大型数据中心或数据中心园区推广采用ｌＯｋＶ高压柴油发电 机系统 参考文献 ［１］张广明，陈冰，张彦和．数据中心基础设施设计与建设．北京：电子工 业出版社．２０１２． 『２］朱伟雄，王德安，蔡建华．新一代数据中心建设理论与实践．北京：人 民邮电出版社．２００９． 『３］Ｋａｉ Ｊｏｈｎｓｔａｄ Ｍａｔｔ ＬｅＰａｒｄ．Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ Ｓｔａｎｄｂｙ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｒｅ． ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｎｅｘｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｄａｔａ Ｃｅｎｔｅｒｓ．Ｗｈｉｔｅ Ｐａｐｅｒ＃９０．２００５． 收稿日期：２０１４—４—１８ 作者简介：肖波（１９８２一），男，中级工程师，研究生毕业，工学 硕士，主要从事建筑电气设计工作，主要负责高低压配电系统 的规划设计。
