没有柴油发电机，数据中心的大船是否说翻就翻？

数据中心的设计中，柴油发电机始终都占有重要的一席，如何为高级别的数据中心提供稳定可靠的电力供应一直是重中之重，作为市电的备用，柴油发电机的设计选择可不能像友谊的小船说翻就翻，高质量持续稳定的供电是柴发的职责。那么我们就来说说柴油发电机设计中的几个重要问题吧！

首先，我们是选低压柴油发电机，还是选高压柴油发电机？

数据中心常用的柴油发电机分为0.4kV和10kV的两种。通常来讲，大型数据中心电气负荷总容量通常较高，低压柴油发电机在保证容量的前提下，母线承载电流的压力巨大，而10kv中压机组对此则毫无压力，10kv高压柴油发电机不再受母线容量的限制，能够进行大容量并机，满足高密度、大容量数据中心的需求。并且在输送相同功率的情况下，电压越高，线路电流越小，因此在同样的电能输送条件下，高压能够减少线路的电能损耗。而且采用高压柴油发电机组，当高压系统发生短路时，短路电流要比低压系统短路电流小得多，相对较容易选择断路器，而且一旦发生短路，其危害也小得多。

但是高压机组通常需要考虑另外配套高压开关柜，而低压柴油发电机通常本机带开关，可以就地保护发电机组。

综合来讲，高压柴油发电机是大型数据中心的理想选择。

其次，如何保证柴油发电机组在在数据中心稳定可靠的应用?

1. 数据中心柴油发电机需要克服高非线性负载的影响。

数据中心存在着大量的UPS、服务器和变频启动的空调，这些都是非线性负载。

非线性负载是指在一个电子/电气线路中，作用在负载上的电压与产生的电流之间不成线性关系，在负载的投入、运行过程中，电压和电流的关系是经常变化的，这样的负载即为非线性负载。

非线性负载产生的谐波会对发电机造成如下危害：
1.  增加发电机损耗，造成绕组温度升高，损坏绝缘；

2.  造成测量不准确；

3.  造成电压失调。

那么我们该如何应对非线性负载呢？

1.   用电设备增加滤波装置；

2.   选用特殊节距的发电机消除特定谐波；

3.   改进发电机电压调节器，采用数字调压；

4.   采用隔离变压器；

5.   配置发电机定子温度检测保护；

6.   加大发电机组；

7.   配置永磁发电机。

 

2. 数据中心柴油发电机需要配置高压并机系统。

高压并机系统需要具有并机10台以上的机组的能力；

高压并机系统需要有智能合闸的功能；

高压并机系统需要具有功率管理的功能，即根据负载确定投入发电机组的台数；

高压并机系统需要采用独立的控制方式，避免个别机组控制系统故障，影响到整个并联系统。而且主单元控制主机至少为2个，互为热备份。

3. 数据中心柴油发电机是对发热很敏感的电气设备。

H级绝缘，F级温升发电机，电气绝缘寿命约10-12万小时；

H级绝缘，H级温升发电机，电气绝缘寿命约5-6万小时；

F级绝缘，F级温升发电机，电气绝缘寿命约3-4万小时；

配置低温升等级的发电机实际上就是配置了一个更大功率的发电机；

NEMA关于发电机的温升限值（环境温度为40℃）：

4. 数据中心高压柴油发电机需要电气综合保护。

发电机组传统保护，需要监测机组的水温、油压、转速、电压、电流、功率、频率等，并且需要对并机失败，逆功率等进行保护，而且还需要进行接地保护，差动保护，综合继保。在寒冷地区，还需要加装辅助设施，例如缸套水加热器等。

最后，说说数据中心分级对发电机组功率选择的影响。

按照美国标准TIA-942,我们将数据中心分为以下等级。

	定义	描述
Tier 1	基本型数据中心	无冗余的系统环节 无冗余的单路径电源通路
Tier 2	冗余系统	有冗余的系统功能块：冗余的发电机组/UPS/空调 无冗余的单路径电源通路
Tier 3	并行维护系统	有冗余的系统功能块 多条电源通路（实际只有一条在工作）
Tier 4	故障容错系统	系统级的冗余 多条冗余性的电源通路（同时有多条通路向设备供电）

发电机组功率标定依据是其机械强度、热负荷强度、疲劳寿命等指标。同一台发电机组按照负荷率和使用时间的长短可以标定成不同的功率。

根据使用情况分为四种功率：

1. ESP 应急备用功率 ：在商定的运行条件下并按照制造商规定的维修间隔和方法实施维护和保养，当公共电网故障或试验条件下，发电机组每年运行达200h的某一可变功率系列中的最大功率。在24小时的运行周期内允许的平均输出功率不应大于ESP的70%，除非制造商另有规定。

2. LTP 限时运行功率：在商定的运行条件下并按照制造商规定的维修间隔和方法实施维护和保养，发电机组每年供电达500h的最大功率。注：按照100%限时运行功率（LTP）,每年运行时间最多不超过500小时。

3. PRP基本功率：在商定的运行条件下并按照制造商规定的维修间隔和方法实施维护和保养，发电机组能每年运行时间不受限制地为可变负载持续供电的最大功率。在24h周期内的允许平均输出功率应不大于基本功率的70%，除非制造商另有规定。

4. COP持续功率：在商定的运行条件下并按照制造商规定的维修间隔和方法实施维护和保养，发电机组能每年运行时间不受限制地为恒定负载持续供电的最大功率。

简略如下：

功率种类	负载种类	负载率	年使用时间	年满载使用时间
ESP应急备用功率	变动负载	70%	200小时	25小时
LTP限时运行功率	恒定负载	100%	500小时	500小时
PRP基本功率	变动负载	70%	不限	各品牌各自规定
COP持续功率	恒定负载	100%	不限	不限

在实际应用这些功率定义及考虑到要求N台机组连续不断地运行要求，备用功率定义的机组不适合用于Tier 3和Tier 4级别的数据中心，备用功率定义的发电机组只允许在额定功率的情况下运行有限的一段时间，无法再关键时刻为数据中心用户提供连续不断的额定功率输出。一些厂家备用功率定义的机组每年仅允许运行最多500小时，而且只是针对一些特定机型。

按照功率定义，基本功率定义的发电机组可靠性更高。很多发电组厂家对备用功率的机组和基本功率的机组提供相同的机型。不管怎样，为了可以带“N”负载连续不断地长时间运行这些发电机组必须将功率降容到基本功率的70%。需要注意，有些厂家可以将功率降容到基本功率的85%。而持续功率是唯一一个不需要进行功率修正而符合数据中心Tier 3和Tier 4级别要求的的功率定义。

说了这么多，就让贴心的柴油发电机，更好的为数据中心服务吧~

 

版权声明：本文为原创文章，版权归“数据中心最佳实践”公众号所有，欢迎转发转载。转发时请保持原文完整，并注明出处。一切侵权行为将遭到投诉。感谢理解。