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摘 要：分析数据中心规模、负荷的特征和发展趋势，比较高压柴油发电机和低压柴油发电机的特性，通过案例进行经济性的对比分析，归纳数据中心高压柴油发电机的组网方案和配套设计，发挥其可靠性、经济性、可拓展性和绿色节能的优势。
关键词：数据中心；高压柴油发电机
1前言
随着信息化的发展，数据处理业务需求的爆炸式增长和计算机、网络技术的飞跃进步，通信运营商逐步向IT运营商靠拢、逐步往互联网运营商的方向发展，发展的主要特征是数据化。相应地对数据中心建设的影响就是用电量剧增，单位面积用电负荷成倍增长，供电系统趋向庞大、复杂化。近年来，新建数据中心在数量、规模都有大幅增长，从几千平米到几万平米不等，单个数据机柜的用电量趋势越来越大，一个数据中心用电功率达到几万千瓦。
2数据中心供电可靠性要求
在《数据中心的通信基础设施标准》（TIA-942）中主要根据基础设施的可用性、稳定性和安全性，将数据中心分为四个等级：Tier I、Tier II、Tier III、 Tier IV，它们的冗余能力要求分别为：无冗余、有冗余、可在线维护、有容错能力，可靠性的要求分别为：99.9%、99.99%、99.999%以上、99.99999%以上。
数据中心能否获得99.999%～99.99999%的高可靠性的关健，是必须在整套供电系统中消除可能出现的故障隐患。虽然现在电气设备越来越先进，但并不存在故障率为零的设备和器件。因此，在任何供电系统中，如果不采用冗余式的配置设计方案，均会给数据中心的安全运行留下隐患。
根据大型数据中心对供配电系统的要求，必须建立一个不停电的供配电系统，电力传送中的的任何元器件的单点故障，都不会影响整个系统的正常供电，且要设立应急发电机系统。
3数据中心应急柴油发电机选型
考虑运行安全且要求燃料来源容易，应急发电机一般采用以柴油为燃料的发电机。柴油发电机组按照电压等级一般分为高压柴油发电机组和低压柴油发电机组。低压柴油发电机组输出电压为0.4KV，常用的容量一般不超过2000KW；高压柴油发电机组有输出电压10.5kV、6.3kV、3.3kv等机组（国外还有其他电压等级的高压发电机组），常用的容量有1600 kW、2000 kW和2400 kW。目前由于数据中心的市电电压等级一般为10kV，所以10.5 kV的高压柴油发电机组较适合数据中心。
高压柴油发电机组的优越性主要在于大容量并机和远距离供电，较适合整个供电系统的分散化，特别适合大容量的高层数据中心的分散供电。低压发电机需要配置大量的输出电缆或母线、大容量开关，且大电流导致线损大，电缆或母线的施工难度大。高压发电机便于远距离电力传输，发电机组可以安装于远离用电负载的场所，对负载周围环境不造成噪音污染，降低对通信设备的电磁干扰。高压发电机并机方式，可实现“按需分期”建设，扩容方便且经济性高。
高压柴油发电机组的不足之处在于操作使用较为复杂，操作使用人员要求较高，必须具有相应高压操作证才能操作，切换方案需要供电部门审核，高压侧需要手动切换。
对于大型数据中心而言，其绝大部分负荷均需设置柴油发电机组作为备用电源，若设置0.4KV发电机，则需要设置很多大容量的ATSE开关和大容量的低压母线，造价很高。同时，低压发电机组位置需要靠近变配电室设置，不利于主用电源与备用电源的相互隔离和降低相互间的影响，所以采用高压柴油发电机组是目前大型数据中心的通常做法。由于低压电器设备性能所限，低压发电机（0.4KV）组单机或并机容量均不宜超过2400KW，所以对于中、小型数据中心，单台发电机容量在2400KW以下，或发电机台数在5台以下，根据现场条件可采用低压发电机组，反之则也宜采用高压柴油发电机组。
采用高压柴油发电机组，可以配合采用高压供电到楼层的供电方式。高压供电方式提高了送配电电压等级，降低了送配电电流，可选用小线径的电缆取代母线，节省建设投资，也减少配电损耗。同时，还减少配电级数，是比较好的绿色节能的供配电模式。
从建设造价方面考虑，高压柴油发电机组的价格比低压柴油发电机贵10%～20%，但相关配套（母线、电缆、开关等）的综合造价低。以某30000M2数据中心项目为例，总用电负荷约30000kVA，配置3套10000kVA高压系统，15套主用2000kVA低压系统。高压柜到变压器按平均50米计，高压发电机并机输出至高压柜按平均50米计，低压发电机至低压系统按80米计。工程费用计算不含10kV进线投资，采用低压发电机及变压器集中配置，电力系统总投资估算约1.86亿元；若采用高压发电机及变压器楼层配置，电力系统总投资估算约1.75亿元。可见，高压发电机方案建设经济性高于低压发电机方案。
4数据中心应急高压柴油发电机接入方案
动力等级与数据中心等级需要匹配，避免低等级的数据中心采用高等级的电力保障造成的动力资源的浪费。
高压发电机组与市电的切换可以采用“在高压侧切换”和“在低压侧切换”两种方式。但“在低压侧切换”需要市电和发电机组分开配置变压器，经济性和空间利用低，一般不建议采用。“在高压侧切换”有下列两种高压柴油发电机组接入方案供选择。
方案一：采用单母线供电，供电可靠性一般，存在高压侧的单点故障隐患，无冗余备份，适用于保障要求不高的机房。
方案二：采用双母线，母线系统可靠性相对较高，基本消除了单点故障，有冗余备份，可满足高可靠性要求的机房使用。
5数据中心应急柴油发电机配套设计
采用高压柴油机方案，可以发挥其远距离供电的优势，将高压系统及发电机房集中在副楼或裙楼建设，其好处在于提高数据中心的利用率。
采用高压柴油机方案，变压器及低压配电可深入负荷中心，减少上楼母线及楼层配电的设备投资，减少母线及楼层配电环节的电能损耗。每层均设计变压器及低压系统，负责本楼层的供电；或者每2至4层设置变压器及低压系统，负责这几层的供电。这样配置也利于“按需分期”的建设。
另外，出于防汛及安装的考虑，发电机房原则上应设置在地面及以上楼层，且有必要考虑安装口或吊装平台。
6总结
综上所述，大规模、大负荷是数据中心发展的趋势。从可靠性、经济性、可拓展性和绿色节能等方面考虑，数据中心可考虑用高压柴油发电机组作为后备，根据数据中心的保障级别配置不同的冗余备份方案，提供优质、安全、节能的电力保障，满足互联网时代的客户需求。
参考文献
[1] 朱伟雄，王德安等.新一代数据中心建设理念与实践[M].北京：人民邮电出版社，2009.
[2]任兵，曹雷鸣. 数据通信设备中心设计研究[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3]沈添鸿等.高密度数据中心案例研究及最佳实践[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[4]韩玉，韩亚明，刘水旺.云数据中心绿色节能设计及应用实践[J].科研信息化技术与应用，2012，（6）.
关键词：数据中心；高压柴油发电机
1前言
随着信息化的发展，数据处理业务需求的爆炸式增长和计算机、网络技术的飞跃进步，通信运营商逐步向IT运营商靠拢、逐步往互联网运营商的方向发展，发展的主要特征是数据化。相应地对数据中心建设的影响就是用电量剧增，单位面积用电负荷成倍增长，供电系统趋向庞大、复杂化。近年来，新建数据中心在数量、规模都有大幅增长，从几千平米到几万平米不等，单个数据机柜的用电量趋势越来越大，一个数据中心用电功率达到几万千瓦。
2数据中心供电可靠性要求
在《数据中心的通信基础设施标准》（TIA-942）中主要根据基础设施的可用性、稳定性和安全性，将数据中心分为四个等级：Tier I、Tier II、Tier III、 Tier IV，它们的冗余能力要求分别为：无冗余、有冗余、可在线维护、有容错能力，可靠性的要求分别为：99.9%、99.99%、99.999%以上、99.99999%以上。
数据中心能否获得99.999%～99.99999%的高可靠性的关健，是必须在整套供电系统中消除可能出现的故障隐患。虽然现在电气设备越来越先进，但并不存在故障率为零的设备和器件。因此，在任何供电系统中，如果不采用冗余式的配置设计方案，均会给数据中心的安全运行留下隐患。
根据大型数据中心对供配电系统的要求，必须建立一个不停电的供配电系统，电力传送中的的任何元器件的单点故障，都不会影响整个系统的正常供电，且要设立应急发电机系统。
3数据中心应急柴油发电机选型
考虑运行安全且要求燃料来源容易，应急发电机一般采用以柴油为燃料的发电机。柴油发电机组按照电压等级一般分为高压柴油发电机组和低压柴油发电机组。低压柴油发电机组输出电压为0.4KV，常用的容量一般不超过2000KW；高压柴油发电机组有输出电压10.5kV、6.3kV、3.3kv等机组（国外还有其他电压等级的高压发电机组），常用的容量有1600 kW、2000 kW和2400 kW。目前由于数据中心的市电电压等级一般为10kV，所以10.5 kV的高压柴油发电机组较适合数据中心。
高压柴油发电机组的优越性主要在于大容量并机和远距离供电，较适合整个供电系统的分散化，特别适合大容量的高层数据中心的分散供电。低压发电机需要配置大量的输出电缆或母线、大容量开关，且大电流导致线损大，电缆或母线的施工难度大。高压发电机便于远距离电力传输，发电机组可以安装于远离用电负载的场所，对负载周围环境不造成噪音污染，降低对通信设备的电磁干扰。高压发电机并机方式，可实现“按需分期”建设，扩容方便且经济性高。
高压柴油发电机组的不足之处在于操作使用较为复杂，操作使用人员要求较高，必须具有相应高压操作证才能操作，切换方案需要供电部门审核，高压侧需要手动切换。
对于大型数据中心而言，其绝大部分负荷均需设置柴油发电机组作为备用电源，若设置0.4KV发电机，则需要设置很多大容量的ATSE开关和大容量的低压母线，造价很高。同时，低压发电机组位置需要靠近变配电室设置，不利于主用电源与备用电源的相互隔离和降低相互间的影响，所以采用高压柴油发电机组是目前大型数据中心的通常做法。由于低压电器设备性能所限，低压发电机（0.4KV）组单机或并机容量均不宜超过2400KW，所以对于中、小型数据中心，单台发电机容量在2400KW以下，或发电机台数在5台以下，根据现场条件可采用低压发电机组，反之则也宜采用高压柴油发电机组。
采用高压柴油发电机组，可以配合采用高压供电到楼层的供电方式。高压供电方式提高了送配电电压等级，降低了送配电电流，可选用小线径的电缆取代母线，节省建设投资，也减少配电损耗。同时，还减少配电级数，是比较好的绿色节能的供配电模式。
从建设造价方面考虑，高压柴油发电机组的价格比低压柴油发电机贵10%～20%，但相关配套（母线、电缆、开关等）的综合造价低。以某30000M2数据中心项目为例，总用电负荷约30000kVA，配置3套10000kVA高压系统，15套主用2000kVA低压系统。高压柜到变压器按平均50米计，高压发电机并机输出至高压柜按平均50米计，低压发电机至低压系统按80米计。工程费用计算不含10kV进线投资，采用低压发电机及变压器集中配置，电力系统总投资估算约1.86亿元；若采用高压发电机及变压器楼层配置，电力系统总投资估算约1.75亿元。可见，高压发电机方案建设经济性高于低压发电机方案。
4数据中心应急高压柴油发电机接入方案
动力等级与数据中心等级需要匹配，避免低等级的数据中心采用高等级的电力保障造成的动力资源的浪费。
高压发电机组与市电的切换可以采用“在高压侧切换”和“在低压侧切换”两种方式。但“在低压侧切换”需要市电和发电机组分开配置变压器，经济性和空间利用低，一般不建议采用。“在高压侧切换”有下列两种高压柴油发电机组接入方案供选择。
方案一：采用单母线供电，供电可靠性一般，存在高压侧的单点故障隐患，无冗余备份，适用于保障要求不高的机房。
方案二：采用双母线，母线系统可靠性相对较高，基本消除了单点故障，有冗余备份，可满足高可靠性要求的机房使用。
5数据中心应急柴油发电机配套设计
采用高压柴油机方案，可以发挥其远距离供电的优势，将高压系统及发电机房集中在副楼或裙楼建设，其好处在于提高数据中心的利用率。
采用高压柴油机方案，变压器及低压配电可深入负荷中心，减少上楼母线及楼层配电的设备投资，减少母线及楼层配电环节的电能损耗。每层均设计变压器及低压系统，负责本楼层的供电；或者每2至4层设置变压器及低压系统，负责这几层的供电。这样配置也利于“按需分期”的建设。
另外，出于防汛及安装的考虑，发电机房原则上应设置在地面及以上楼层，且有必要考虑安装口或吊装平台。
6总结
综上所述，大规模、大负荷是数据中心发展的趋势。从可靠性、经济性、可拓展性和绿色节能等方面考虑，数据中心可考虑用高压柴油发电机组作为后备，根据数据中心的保障级别配置不同的冗余备份方案，提供优质、安全、节能的电力保障，满足互联网时代的客户需求。
参考文献
[1] 朱伟雄，王德安等.新一代数据中心建设理念与实践[M].北京：人民邮电出版社，2009.
[2]任兵，曹雷鸣. 数据通信设备中心设计研究[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3]沈添鸿等.高密度数据中心案例研究及最佳实践[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[4]韩玉，韩亚明，刘水旺.云数据中心绿色节能设计及应用实践[J].科研信息化技术与应用，2012，（6）.