康明斯动力（深圳）有限公司

 

 

机房设计与设备安装

柴油发电机组的高低压配电系统设计方案

 

根据数据中心电气设计相关标准，数据中心机房的等级可分为A级、B级、C级—A级为容错型（系统A+系统B）；B级为冗余型；C级为基本型，A级等级最高，对用电源要求最为严格，本文就以乌兰察布A级数据中心机房为例，对该数据中心的电气系统设计进行详细介绍。

 

一、数据中心机房案例

 

以乌兰察布数据机房为例，数据中心机房为6层建筑，面积约为8400㎡，是当地规模最大、级别最高的数据中心及相应研发配套的公共服务设施。数据机房建成后将以银行、保险、通信、软件、服务外包企业为服务重点，集办公、机房服务为一体，是具有良好基础设施条件、网络环境、技术支撑平台和管理服务体系的高标准综合服务外包基地，根据GB 50174-2008《电子信息系统机房设计规范》的相关规定，该数据中心机房划定为A级：容错级。

 

 

二、应急（备用）电源的规定

 

柴油发电机组主要作为应急（备用）电站。应急电站供电系统一般不允许与市电网并联运行，因此，应急发电机组的主断路器与市电供电断路器间应设置电气及机械联锁装置，防止应急电站与市电网发生误并联。应急机组只有在市电停电时自动向应急负荷（即工程一级负荷）供电，当市电网故障断电，应急柴油发电机自启动运行以后，投入人用电的紧急负荷量不应大于柴油发电机组的额定输出容量，首批自动投人的紧急负荷一般不宜超过发电机额定容量的70％，原由市电网供电的次要负荷，当市电断电后应自动切除，另一部分紧急负荷应采用手动接通，以免应急柴油发电机自启动运行后出现过负荷现象。发电机配电系统宜设置紧急负荷专用配电母线，一般采用放射式配电系统。应急电源与市电在电源端宜设置自动切换开关，对某些必须保证供电的重要负荷还应考虑当线路故障时，采用双电源双回路在负荷侧（最末一级负荷配电箱处）自动切换。

在国家标准GB50045《高层民用建筑设计防火规范》中规定：消防用电设备的两个电源或两回线路，应在最末一级配电箱处自动切换。自备发电设备应设有自启动装置。

1、常用两台市电供电变压器和一台应急柴油发电机组的供电系统分三段母线，第三段母线为应急母线。接触器114M和2KM设有电气及机械联锁装置。

2、在正常情况时，应急负荷由一段或二段母线供电，应急母线为备用。当两路市电都停电时，应急柴油发电机组自启动，自动向应急负荷供电。

3、大型工程有多个变电站，仅设一个两台柴油发电机组应急电站的供电系统。应急电站向各个变电站敷设配电专线，在正常情况下，应急负荷由各变电站供电，应急电站不工作。当某一变电站的市电电网因故停电时，应急电站的机组自启动，向该电站的应急负荷供电，市电电网与应急电站在负荷侧实施电气和机械联锁。

 

三、供配电系统

 

数据中心机房内的机柜按一级负荷中的特别重要负荷供电，机房内的专用空调系统，环境和设备监控系统，消防设备及应急照明、安防系统用电、电梯等按一级负荷供电。

 

数据中心供配电系统采用2+2冗余，分别为两路10kv高压+UPS蓄电池组+柴油发电机。3路互为热备+1路冷备（柴油发电机），两路10kv电源采用分段单母线同时供电互为备用，当一路故障，另一路能保证该工程一级负荷中特别重要负荷及一级负荷用电；自备柴油发电机组为一级负荷中特别重要负荷的第三电源，数据中心设UPS，额定输出功率按不小于各设备额定功率总和的1.2倍选择，蓄电池组容量按15min配置，柴油电动机作为后备电源。

 

变压器装机台数为7台，总容量为8750kvA，其中数据机房部分6用1备，6台专用变压器中任何一台故障，备用的一台自动投入，柴油发电机房内设7台1250kw的柴油发电机，数据机房部分6台发电机和6台变压器做一对一的备份，一台冗余。从高压出线到变压器，再到每层机房，数据机房部分采用“超级”放射式布线。数据中心机房供配电系统远高于GB 50174-2008要求的A级（两路互为热备）标准。

数据中心配电系统图

 

四、 数据中心机房配电解决方案

 

在数据中心机房供配电系统中，我们根据高低压配电特别区别为高压供配电系统和低压配电系统，针对不同配电系统，我们将采取不同解决方案，下面我们将详细讲解针对不同的配电系统对应配备相应的应用方案。

 

1、高压配电系统解决方案

 

根据对计算机系统主机停止运行的统计数据，近一半计算机系统主机停运是由电源停止供电造成的，电源包括市电电源、变配电装置、变电所到机房的线路、UPS等，因此，电源及其供配电系统设计对提高数据中心机房供电可靠性起到十分重要的作用。

 

在本系统中采用的是2+2冗余，分别为两路高压+UPS蓄电池组+柴油发电机，3路互为热备+1路冷备（柴油发电机），两路10kv电源采用分段单母线同时供电互为备用，可为数据中心系统提供稳定可靠的供电电源，在具体应用方案中我们采用的是电力监控系统Acrel-2000，该系统可实现对中低压柜上的保护测控装置、多功能电力仪表、温控仪、直流屏以及其他各种能通过通讯接口或者脉冲、模拟量等方式接入监控系统的设备进行数据监控，在本系统中，主要采用的是电能质量分析仪表APMD系列和AM5微机保护装置作为测控装置，APMD系列集成了全部电力参数的测量，同时它具有多种外围接口功能可供用户选择，带有RS485通讯接口，采用MODBUS-RTU协议可满足通讯联网管理的需要，带开关量输入和继电器输出可实现断路器开关的“遥信”和“遥控”的功能，还可选配大容量的SD卡用于保存各种故障信息和多达200条的SOT事件记录。AM5系列微机保护装置对供配电系统提供不间断保护，一旦有故障发生、装置能在40ms内断开故障回路，保护一次设备和非故障回路正常运行，避免事故扩大。

 

2、低压配电系统解决方案

由数据中心机房供配电系统图中可见，我们采用的为放射式供电与树干式供电相结合的配电方式，对于重要负荷：如机房、消防监控中心等设备采用放射式供电；对于一般负荷采用树干式与放射式相结合的供电方式，一级负荷用电均采用双路电源供电，消防相关设备用电末端互投，特别重要的负荷除双路供电外，还应设柴油发电机组作为备用，后备柴油发电机的容量应包括不间断电源系统，机房用空调和制冷设备的基本容量及应急照明和消防等关系到生命安全等需要的负荷容量。

根据低压配电柜特点，在实施具体方案中，我们公司推出了低压配电系统Acrel-2000（该系统可同时实现对高低压同时监控），低压配电系统主要采用的是ACR网络电力仪表，其主要是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大夏的电力监控需求而设计，它能测量所有的常用电力参数，如三相电流、电压、有功、无功功率、电度、谐波等。由于该电力仪表还具备完善的通信联网功能，非常适合于实时电力监控系统，该表具有很高的性能价格比，可以直接取代常规电力变送器及测量仪表。

3、精密配电柜系统解决方案

考虑到精密配电柜其进线回路电流一般都比较大，能够达到几百安培，出线回路电流都比较小，一般都在63安培以下，且负载路数比较多等用电特点，配备了准备针对精密配电柜开发的多回路监控装置AMC16MH作为主体模块的数据中心电源管理系统，本系统可通过实现对服务器末端的IT设备精细化管理，包括了对数据中心服务器电源的全方面的管理，可实现对三相总进线的母线电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能；84路出线电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能；可显示累积的有功电能和增量电能、零地电压、漏电流和零序电流等电参量的实时监控，并可通过RS485通讯连接到显示终端和后台配电管理系统进行远程管理。

 

 

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