大型云计算中心柴油发电机系统的设计

文/胡双平

1 项目需求分析

广东某云计算中心项目面积11000平米，部署机柜1216台，平均功率5.5kW的512台，6kW的704台；1216台机柜总功率为7040kW，按照PUE=1.35，总功率为9504 kW，建设标准按国家标准《GB50174-2017 数据中心设计规范 》A级标准。

根据A级标准要求必须配置柴油发电机组作为备用电源，且柴油发电机组必须是N+X（X=1～N）冗余配置。

2 柴油发电机系统设计

A级机房要求油机连续和不限时运行，也即COP功率。本方案油机计算负荷为9504 kW，选用意大利奔马10kV中压柴油发电机组GSW2520P，该油机的发动机规格为帕金斯（Perkins）的4016-61TRG3，发电机规格为利莱森玛（Leroy Somer）的LSA53.1 UL85，自动控制面板采用奔马（PRAMAC）AC03并机控制器。该发电机组的主用功率（PRP）为1804 kW/2255kVA，备用功率（LTP）为2004kW/2505kVA，持续功率（COP）为1603 kW/2004kVA。采用6主1备共7台油机并机，COP总功率为9618 kW，满足负荷需求。

两路10kV市电在正常情况下，同时运行各带一半负载；在一路市电停电或者故障时，母联备自投自动投入，由另外一路市电带起全部负载；当双路市电均失电时，油机在15秒内自动启动，60秒内完成并机，通过自控系统控制，分闸10kV市电电源断路器，闭合油机电源断路器，向负荷供电；当市电恢复正常后，系统继续由油机系统供电，需要手动切换回市电供电；油机系统在任何情况下均不与市电并联运行。

油机检测到启动信号后6台机组同时启动并机输出，运行5分钟后根据后端实际负载率情况进行减机，这样可以确保油机启动初期有足够的抗负载冲击能力。6台油机启动过程中如果有1台无法正常启动，则自动切换到备用油机启动。

本油机系统共包含有7台油机进线柜，1台PT柜，2台并机输出柜，1台并机控制柜，1台假负载接线柜，1台假负载测试控制柜，1套接地电阻柜，1套直流操作电源柜，1台假负载。

单台机组最大额定电流137.74A，断路器电流630A，油机控制系统全套中压配电柜柜型选用施耐德原厂PIX-12中压配电柜。

油机进线柜内断路器选用施耐德HVX-12-25-06真空断路器，配置CT两只，地刀，零序CT，避雷器，配微机保护P127，多功能表PM2125C。

PT柜选用PTT-12，PT&避雷器共车方案，带PT，避雷器，消谐电阻。

并机输出柜内断路器选用HVX12-31-12真空断路器，带CT两只，避雷器，零序互感器，配微机保护P127，多功能表PM2125C。

并机控制柜采用IG-NT-MINT系统，除了收集控制单机上的AC-03控制器信号外，与接地电阻柜、并机输出柜、并机输入柜等设备的所有控制信号全部由此柜提供接口。

假负载接线柜内断路器选用HVX-12-25-06，带CT两只，下PT，避雷器，熔断器，零序互感器，配微机保护P343，多功能表PM2125C。

假负载测试控制柜内主要包含控制主机、显示屏，通过负载柜控制系统软件进行操作控制。

接地电阻柜选用保定天威的10kV发电机中性点接地电阻柜。7台油机共用1个接地电阻柜，当油机启动时，该接地电阻柜主要包括电阻器、真空接触器和电流互感器等配套设备。其中电阻器THT-FZG-10/58额定电阻值58Ω，短时通流能力100A，额定通流时间10s，在25℃时的电阻值允许偏差≤±3%，电阻率1.09μΩm。真空接触器选用单极JZC1—12/400，额定电压12kV，额定电流400A。

直流操作电源操作电压110V，容量为80AH。

假负载为河北凯翔AC10.5kV-2000kW高压智能交流负载柜。该负载柜额定电压AC10.5kV，额定功率2000kW，工作电源为AC380V/50HZ，冷却方式为强制风冷。在此需要注意的是，外市电配电系统设计中需要为假负载的强制风冷风扇提供电源，这个是特别容易遗漏的一点。

根据规范要求，油机系统必须配置12小时燃油。油机的满载耗油量是482L/h，按照12小时计算，6台油机的满载总耗油量34704L，约34.7m3。由于消防规范限制，室内单个日用油箱不能超过1 m3，7台机组共配置7个1 m3的日用油箱，日用油箱箱底采用平衡油管互通，另配置30 m3的卧式柴油储罐室外埋地安装。室外油罐池四周采用栅栏进行防护隔离，并配置监控摄像头和探照灯。

采用齿轮油泵输油，油泵按照1+1冗余配置。柴油由槽车运来后，储存于室外柴油储罐内，经过滤器、油泵加压。日用油箱由自动液位传送控制系统进行控制。在低液位时，电磁阀打开，启动输油泵。在高液位电磁阀关闭。当日用油箱间发生火灾时，开启紧急排油泵，将日用油箱内的柴油排至埋地油罐内。

单台机组输入到中压柜的电缆选用ZRYJV22-8.7/15kV-3*120电缆，中压柜输出到10KV中压母线的电缆选用ZR-YJV22-8.7/15kV-3*400电缆。

整套油机系统运行数据通过RS485智能接口接入云计算中心的动环监控系统，通过动环监控系统可以远程查看油机的运行状态。

3 油机房的设计

按照环保要求，进、出风口都设置了消音措施，噪声控制在65dB以内。

整个油机房四周墙面和棚面均安装了微孔吸音板，且内衬50mm厚吸音棉。

单台油机重量为18.5吨，在油机房地面做了混凝土承重基础，承重基础和全部地面均采用绿色环氧聚氨酯防静电地坪漆处理，既能够防静电，又可以防止地面起灰尘而影响机组运行。

油机房作为独立的防火分区，采用烟感和温感进行消防检测，并配置七氟丙烷气体灭火系统。同时，油机配置了手持二氧化碳灭火器和防毒面具。

4 结束语

该柴油发电机系统在安装调试完成后，经过了严格的第三方满载测试和模拟各种场景的投切运行，各项指标均满足相关规范，符合设计要求，能够安全稳定运行。本文理论联系实践，结合多个柴油发电机组部署过程中发生的一些问题，希望给广大云计算中心建设从业者以参考借鉴，避免类似问题反复出现。