康明斯柴油發電機應急供電的優化方案
發布時間：2025-02-02 點擊：131
康明斯柴油發電機應急供電的優化方案
近年來，受云服務商和互聯網企業業務需求驅動，數據中心市場持續高速發展。柴油發電機組是數據中心配電系統的重要組成部分，對于保障系統安全可靠運行極為關鍵。數據中心配電系統一方面需要冗余配置以提高可靠性，另一方面為滿足日益提高的能效要求需要精簡配置以提升配電效率。因此，柴油發電機組的優化方案對于提高系統運行可靠性和節能減排能力至關重要?？得魉构驹诒疚慕Y合多站融合工程的特點，對康明斯柴油發電機組成的配電系統提出針對性優化建議。
一、數據機房分級
按照gb 50174—2017標準的要求，在不同的場所、機構根據其性質、重要性以及網絡中斷后造成的損失和社會影響將數據中心分成三個等級，即a、b、c 級，分別為容錯型、冗余型、基本型。具體的數據中心機房分級標準及技術要求見表1。
表1 數據中心機房分級標準及技術要求
分級
a級
b級
c級
系統性能
雙系統容錯
井行維護
基本型
系統供電電源
應為雙重電源
宜為雙重電漂
兩回電源
機柜供電電源
2路電源
2路電源
2路電源
變壓器冗余
2n
n+1
n
ups冗余及后各電池時間
2n，15min
n+1，7min
n，按需
柴油發電機冗余及儲油量
n+x，12h
當僅有1路供電電源時配置
ups供電時間滿足要求時可不配置
a級數據中心配電系統要求最高，需按雙系統容錯設計，不具備第三路電源供電條件時應配置柴油發電機作為備用電源。b級和c級數據中心配電系統一般不需要配置柴油發電機，且對變壓器、柴油發電機組（uninterruptible power supply, ups）及后備電池的配置要求也低于a級數據中心。
二、數據中心常規配電方案
說到數據中心供配電系統，就不得不談系統架構，關于數據中心供配電系統架構，gb50174 - 2017《數據中心設計規范》在附錄“電氣”中規定：a級數據中心應滿足容錯要求，可采用2n系統，也可采用其他避免單點故障的系統配置。a級數據中心供配電系統主要有3種架構：2n、dr、rr。
（1）2n系統
由兩個供配電單元組成，每個單元均能滿足全部負載的用電需要，兩個單元同時工作，互為備用。正常運行時，每個單元向負載提供50 % 的電能，當一個單元故障停止運行時，另一個單元向負載提供100 % 的電能。這種多電源系統冗余的供電方式，克服單電源系統存在的單點故障瓶頸，增加了供電系統可靠性。
a級數據中心常規配電系統如圖1所示，a級數據中心常規配電系統采用“2n”架構，中、低壓配電柜、變壓器、ups和列頭柜均采用雙套容錯配置，另配置中壓柴油發電機作為后備電源。2n配置，滿足gb50174-2017《數據中心設計規范》中a級機房要求；滿足《uptime》中t4等級機房要求；滿足《tia942》中t4等級機房要求。
常規配電系統線路圖
其特點：2n配置，設備占用空間多，日常運行效率低，初始投資多，操作維護簡單。優點是結構簡單，易于維護。
（2） dr系統
dr是distribution redundancy的簡稱，意思是分布冗余。由n（n≥3）個配置相同的供配電單元組成，n個單元同時工作。將負載均分為n組，每個供配電單元為本組負載和相鄰負載供電，形成“手拉手”供電方式。正常運行情況下，每個供配電單元的負荷率為66%。當一個供配電系統發生故障，其對應負載由相鄰供配電單元繼續供電。
dr配置，滿足《uptime》中t4等級機房要求。但國家gb50174-2017《數據中心設計規范》和《tia942》未提及這種配置。
dr分布冗余供配電系統
其特點：dr配置，設備占用空間少，日常運行效率較高，初始投資少，操作維護較復雜，電纜路徑的物理隔離較困難。優點是運行效率高，節約投資。
（3）rr系統
rr是reserve redundancy的簡稱，意思是后備冗余。由多個供配電單元組成，其中一個單元作為其它運行單元的備用。當一個運行單元發生故障，通過電源切換裝置，備用柴油發電機組繼續為負載供電。
rr配置，滿足《uptime》中t4等級機房要求。但國家gb50174-2017《數據中心設計規范》和《tia942》未提及這種配置。
rr后備冗余供配電系統
其特點：rr配置，設備占用空間較多，日常運行效率較高，初始投資較多，操作維護復雜，需要大量的sts。優點是投資較少，效率較高。
三、配電系統優化措施
數據中心常規配電系統采用ups實現電子信息設備的供電。根據gb 50174—2017《數據中心設計規范》第3.2.2條，a級數據中心同時滿足下列要求時，電子信息設備的供電可采用柴油發電機組系統和市電電源系統相結合的供電方式。
1、設備或線路維護時，應保證電子信息設備正常運行。
2、市電直接供電的電源質量應滿足電子信息設備正常運行的要求。
3、市電接入處的功率因數應符合當地供電部門的要求。
4、柴油發電機系統應能夠承受容性負載的影響。
5、向公用電網注入的諧波電流分量不應超過現行國家標準gb/t 14549—93《電能質量公用電網諧波》規定的諧波電流允許值。
由于多站融合工程數據中心靠近變電站布置，數據中心的電源一般來自就近變電站的中壓饋線，其電能質量、功率因數、諧波分量通常能夠滿足上述要求，因此具備采用柴油發電機組系統和市電電源系統相結合的供電條件。
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近年來，受云服務商和互聯網企業業務需求驅動，數據中心市場持續高速發展。柴油發電機組是數據中心配電系統的重要組成部分，對于保障系統安全可靠運行極為關鍵。數據中心配電系統一方面需要冗余配置以提高可靠性，另一方面為滿足日益提高的能效要求需要精簡配置以提升配電效率。因此，柴油發電機組的優化方案對于提高系統運行可靠性和節能減排能力至關重要?？得魉构驹诒疚慕Y合多站融合工程的特點，對康明斯柴油發電機組成的配電系統提出針對性優化建議。
一、數據機房分級
按照gb 50174—2017標準的要求，在不同的場所、機構根據其性質、重要性以及網絡中斷后造成的損失和社會影響將數據中心分成三個等級，即a、b、c 級，分別為容錯型、冗余型、基本型。具體的數據中心機房分級標準及技術要求見表1。
表1 數據中心機房分級標準及技術要求
分級
a級
b級
c級
系統性能
雙系統容錯
井行維護
基本型
系統供電電源
應為雙重電源
宜為雙重電漂
兩回電源
機柜供電電源
2路電源
2路電源
2路電源
變壓器冗余
2n
n+1
n
ups冗余及后各電池時間
2n，15min
n+1，7min
n，按需
柴油發電機冗余及儲油量
n+x，12h
當僅有1路供電電源時配置
ups供電時間滿足要求時可不配置
a級數據中心配電系統要求最高，需按雙系統容錯設計，不具備第三路電源供電條件時應配置柴油發電機作為備用電源。b級和c級數據中心配電系統一般不需要配置柴油發電機，且對變壓器、柴油發電機組（uninterruptible power supply, ups）及后備電池的配置要求也低于a級數據中心。
二、數據中心常規配電方案
說到數據中心供配電系統，就不得不談系統架構，關于數據中心供配電系統架構，gb50174 - 2017《數據中心設計規范》在附錄“電氣”中規定：a級數據中心應滿足容錯要求，可采用2n系統，也可采用其他避免單點故障的系統配置。a級數據中心供配電系統主要有3種架構：2n、dr、rr。
（1）2n系統
由兩個供配電單元組成，每個單元均能滿足全部負載的用電需要，兩個單元同時工作，互為備用。正常運行時，每個單元向負載提供50 % 的電能，當一個單元故障停止運行時，另一個單元向負載提供100 % 的電能。這種多電源系統冗余的供電方式，克服單電源系統存在的單點故障瓶頸，增加了供電系統可靠性。
a級數據中心常規配電系統如圖1所示，a級數據中心常規配電系統采用“2n”架構，中、低壓配電柜、變壓器、ups和列頭柜均采用雙套容錯配置，另配置中壓柴油發電機作為后備電源。2n配置，滿足gb50174-2017《數據中心設計規范》中a級機房要求；滿足《uptime》中t4等級機房要求；滿足《tia942》中t4等級機房要求。
常規配電系統線路圖
其特點：2n配置，設備占用空間多，日常運行效率低，初始投資多，操作維護簡單。優點是結構簡單，易于維護。
（2） dr系統
dr是distribution redundancy的簡稱，意思是分布冗余。由n（n≥3）個配置相同的供配電單元組成，n個單元同時工作。將負載均分為n組，每個供配電單元為本組負載和相鄰負載供電，形成“手拉手”供電方式。正常運行情況下，每個供配電單元的負荷率為66%。當一個供配電系統發生故障，其對應負載由相鄰供配電單元繼續供電。
dr配置，滿足《uptime》中t4等級機房要求。但國家gb50174-2017《數據中心設計規范》和《tia942》未提及這種配置。
dr分布冗余供配電系統
其特點：dr配置，設備占用空間少，日常運行效率較高，初始投資少，操作維護較復雜，電纜路徑的物理隔離較困難。優點是運行效率高，節約投資。
（3）rr系統
rr是reserve redundancy的簡稱，意思是后備冗余。由多個供配電單元組成，其中一個單元作為其它運行單元的備用。當一個運行單元發生故障，通過電源切換裝置，備用柴油發電機組繼續為負載供電。
rr配置，滿足《uptime》中t4等級機房要求。但國家gb50174-2017《數據中心設計規范》和《tia942》未提及這種配置。
rr后備冗余供配電系統
其特點：rr配置，設備占用空間較多，日常運行效率較高，初始投資較多，操作維護復雜，需要大量的sts。優點是投資較少，效率較高。
三、配電系統優化措施
數據中心常規配電系統采用ups實現電子信息設備的供電。根據gb 50174—2017《數據中心設計規范》第3.2.2條，a級數據中心同時滿足下列要求時，電子信息設備的供電可采用柴油發電機組系統和市電電源系統相結合的供電方式。
1、設備或線路維護時，應保證電子信息設備正常運行。
2、市電直接供電的電源質量應滿足電子信息設備正常運行的要求。
3、市電接入處的功率因數應符合當地供電部門的要求。
4、柴油發電機系統應能夠承受容性負載的影響。
5、向公用電網注入的諧波電流分量不應超過現行國家標準gb/t 14549—93《電能質量公用電網諧波》規定的諧波電流允許值。
由于多站融合工程數據中心靠近變電站布置，數據中心的電源一般來自就近變電站的中壓饋線，其電能質量、功率因數、諧波分量通常能夠滿足上述要求，因此具備采用柴油發電機組系統和市電電源系統相結合的供電條件。
柴油發電機組自行停車怎么辦？
柴油發電機容量規格計算與確定
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噴油泵故障的排除潮州柴油發電機廠家給予解析
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