10 kV高压油机作为备用电源在数据中心中的应用

2019-02-21熊振华

通信电源技术 2019年1期

熊振华

（湖北邮电规划设计有限公司，湖北武汉 430023）

0 引言

随着大数据时代的来临，高功率密度设备的大量使用，使得数据中心规模越来越大。作为备用电源的柴油发电机组，容量要求也越来越高，需并网多台大功率柴油发电机组来满足负荷的要求，且机组与负载间距离越来越远。然而，采用传统的多台低压柴油发电机组并联运行暴露出诸多运行缺陷和传输缺陷。为更加安全、可靠地运行，高压柴油发电机组正逐渐受到更多数据中心建设者和运营者的青睐。

1 高压柴油发电机组简介

1.1 高压柴油发电机组概述

高压柴油发电机组与低压柴油发电机组的组成和基本工作原理相同，均是由柴油发动机、柴油发电机、控制系统及底盘等附属装置构成的一体发电设备。一般以国内外优质品牌柴油发动机带动同步发电机，在附属装置和控制系统的配合下共同发电。相对于作为市电备用电源而广泛应用于数据中心的低压柴油发电机组（400 V线电压），线电压为6 kV、6.3 kV、6.6 kV、10 kV、10.5 kV及11 kV等的柴油发电机组被称为高压柴油发电机组。单台机组功率一般在1 000 kW以上，具备相同的电压有效值与波形、相同的电压相位及相同频率，且相序一致的机组可多台并联使用。

1.2 高压柴油发电机组与低压柴油发电机组的对比

在选择备用柴油发电机组的电压等级时，需考虑发电机系统及其配电系统的经济性、主母线的额定电流和短路电流、线路输送压降及损耗等因素。高压柴油发电机组额定输出的线电压是低压柴油发电机组额定输出400 V线电压的15～25倍，而国内大部分低压配电柜主母线最大额定电流控制在6 300 A以内，决定了高低压柴油发电机组的差异性。高压与低压柴油发电机组的差异性主要体现在13个方面，如表1所示。

2 高压、低压柴油发电机组系统案例对比

某数据中心一期工程，主机楼建筑面积近10 000 m2，可安装机柜1 350个，单机柜功耗5.5 kW，IT设备总功耗7 425 kW。本项目用电设备总容量需求约9 400 kVA，需从市政不同变电站引入两路10 kV独立电源作为正常工作电源，且两路电源互为备用。当一路电源发生故障时，另一路电源不应同时受损，每路市电引入容量约为10 000 kVA。高压、低压柴油发电机组系统供电方案的不同，在于市电和油机电的切换分别在高压侧、低压侧实施。下面将说明本项目高、低压系统的方案，并分析比较采用高压、低压柴油发电机组系统供电方案和投资。

2.1 采用高压、低压柴油发电机组系统供电方案对比

2.1.1 本项目高、低压系统建设方案（不含油机系统）

（1）本项目高压系统建设方案。从不同的变电站引入2路10 kV电源，每路电源可提供100%的供电能力。正常情况下，10 kV两路电源同时工作，互为备用，母联断路器断开运行。母联设自投装置，两路进线和母联开关之间设电气联锁，任何时候只能有两台开关处于合闸状态。

（2）本项目低压系统建设方案。在数据中心配置5套低压配电系统，每套系统配置2台互为备用的2 000 kVA变压器（10 kV/0.4 kV）和配套低压柜，每台变压器负载率不大于47.5%。低压配电系统采用模组化设计，促使供电电源临近负荷供电区，减短供电路由。低压配电系统采用单母线分段方式运行，两段母线之间设母联开关。两台变压器出线总开关与联络开关之间设机械与电气联锁，任何时候只能有两台开关处于合闸状态。当一台变压器失电后，另一台变压器带起故障变压器一、二级等重要负荷。当失电电源恢复供电后，自动恢复正常状态。

表1 高压与低压柴油发电机组的差异性

市电和油机电的切换分别在高压侧、低压侧实施。

2.1.2 采用高压柴油发电机组系统供电方案

本项目需要油机保障的负荷约为8 300 kW，安全系数按1.2章节考虑。需配置5台（5用0备）常用功率为2 000 kW的10 kV柴油发电机组组成并机系统，分别与两路10 kV市电切换，将经过切换的10 kV保障用电直接输送至数据中心10 kV配电系统。此方案配电系统如图1所示。

图1 采用高压柴油发电机组系统供电方案示意图

2.1.3 采用低压柴油发电机组系统供电方案

本方案与高压柴油发电机组系统供电方案的不同，在于市电和油机电的切换在低压400 V侧实现。鉴于国内大部分低压配电柜主母线最大额定电流为5 000～6 300 A，单组低压柴油发电机组合容量不应超过3 600 kW。当备用发电机组容量需求大于3 600 kW时，需采用低压发电机组分组方案。本方案将5台2 000 kW低压柴油发电机组分别通过ATS切换开关接入5个低压配电系统，配电系统如图2所示。