柴油發電機組選擇探究

【摘要】本文就克拉瑪依數字網絡控制中心柴油發電機組的
電氣級別、功率類型選擇、輸出電壓、容量選擇、并機方案選擇
等問題提出一些理解和認識。
【關鍵詞】數控中心；自備應急電源；柴油發電機組
1 數控中心柴油發電機組功率確定
1.1 柴油發電機組功率定義
（1）持續功率（COP）。持續功率定義為：在商定的運行條件
下并按制造商規定的維修間隔和方法實施維護保養，發電機組每
年運行時間不受限制地為恒定負載持續供電的最大功率。（2）基
本功率（PRP）。基本功率定義為：在商定的運行條件下并按制造
商規定的維修間隔和方法實施維護保養，發電機組能每年運行時
間不受限制地為可變負載持續供電的最大功率。在 24h 周期內的
允許平均輸出功率（P PP ）應不大于PRP的70%，除非往復式內燃（RIC）
機制造商另有規定。注：當要求允許的 P PP 大于規定值時，可使用
持續功率（COP）。在確定某一變化的功率序列的實際平均功率輸
出（P PA ）時，小于 30％PRP 的功率視為 30％，且停機時間不計。
（3）限時運行功率（LTP）。限時運行功率定義為：在商定的運行
條件下并按照制造商的規定進行維護保養，發電機組每年運行時
間可達 500h 的最大功率。注：按 100％限時運行功率每年運行的
最長時間為 500h。（4）應急備用功率（ESP）。應急備用功率定義
為：在商定的運行條件下并按制造商規定的維修間隔和方法實施
維護保養，當公共電網出現故障或在試驗條件下，發電機組每年
運行達 200h 的某一可變功率系列中的最大功率。在 24h 的運行周
期內允許的平均輸出功率（P PP ）應不大于 ESP 的 70%，除非往復式
內燃（RIC）機制造商另有規定。注：實際的平均功率輸出（P Pa ）
應低于或等于定義 ESP 的平均功率輸出（P PP ）。在確定某一可變動
率序列的實際平均輸出（P PA ）時，小于30％ESP的功率應視為30％，
且停機時間不計。
1.2 根據功率定義選擇適用的機組功率
數據中心柴油發電機組按哪種標定功率選擇應結合市電可靠
性、數據中心可靠性要求等因素確定，過高要求：按照連續功率
（COP）選擇，會造成成本增加；過低要求：按照應急備用功率（ESP）
選擇，會降低使用可靠性。按柴油發電機組功率的定義，持續功
率（COP）和限時運行功率（LTP）都是向恒定負載供電，典型的
應用都是與市電并網運行，其中持續功率（COP）每年運行時間不
受限制，限時運行功率（LTP）僅在錯峰時與市電并網運行，運行
時間受到限制。數控中心項目的負載是基本穩定負載，波動不大，
但不是恒定負載（如 UPS），在市電停電的情況下才使用柴油發電
機組供電，柴油發電機組獨立向負載供電，不與市電并網。持續
功率（COP）和限時運行功率（LTP）兩種應用與數控中心柴油發
電機組的應用不符，不適合用于數控中心備用電源運行模式。
2 數控中心柴油發電機組容量的選擇
2.1 柴油發電機組負載
數控中心柴油發電機組所帶負載中包含大量不間斷電源
（UPS）、機房精密空調、連續制冷設備等，這些非線性負載使發
電機過熱、導致電壓失調，影響發電機組輸出性能甚至導致發電
機組停機。供配電系統設計時，應采取諧波治理措施，限制 UPS
等非線性設備輸出諧波。根據 UPS 整流方式、諧波治理措施分析
諧波含量，確定發電機組和 UPS 的功率配比。必要時，需增加發
電機系統容量。
2.2 柴油發電機組容量選擇考慮因素
從行業標準（GB2820-2002）來講，都是根據功率因數 0.8（滯
后），設計發電機和選配發動機。在平時的運行監視中，要根據電
壓來調整，電壓偏低要多發無功，電壓偏高要少發無功，通過調
整有功和無功的比例，控制電壓和運行電流，確保發電機在安全、
經濟的條件下運行。選擇發電機組時，其功率必須要足夠供應最
高峰時的負載，雖然這種情況發生時間可能只是一瞬間。此外，
還要考慮一下幾點：發生系統故障時機組的使用方式為主/備用。
或幾部發電機組代替單臺發電機組。有否不正常情況下的高峰負
載。定期維修發電機組時的安排（如只有一臺發電機組時，如何
保障在維修時不需要后備電源）。以后的負載會否增加。
2.3 數控中心柴油發電機組容量計算
數控中心一級負荷總安裝容量為 17840kW，其中特別重要負
荷為 10500kW；二級負荷總安裝容量為 1775kW，三級負荷總安裝
容量為 1835kW；數控中心一期 10KV 系統重要負荷為 6837.75kW。
數控中心工程發電機并機母線采用雙母線，每臺發電機組均接入
兩段母線。柴油發電機按照分期需求裝設。一期在室內設置 5 臺
10kV 應急自啟動柴油發電機作為特級負荷的備用電源，采用 4+1
的冗余備份方式，當兩路市電電源失電后柴油發電機組自啟動，
可供應本項目的全部重要負荷。按基本功率（PRP）定義 70%負載
系數計算，數控中心一期需要配置的柴油發電機總容量為：按標
準負載系數計算 6837.75KW÷0.7＝9768.21KW，單臺機組容量為：
9768kW÷4＝2442KW。按系統要求，柴油發電機組為 N+1 的運行
方式，數控中心一期配置柴油發電機容量為 5 臺 2400kW 的柴油
發電機組。
3 柴油發電機組并機系統方案選擇
3.1 分散式并機控制
分散式并機控制由各臺發電機組的控制器實現并機控制功能，
在各機組的控制器這間有一條并機控制通訊線，用于負載分配及
功率管理通訊，如下圖，當該并機通訊線故障后，整套并機系統
自動解體，可靠性差，一般用于普通民用項目。
3.2 控制器冗余的并機控制
控制器冗余的并機控制系統可分為分散式并機控制器冗余和
集中式并機控制器冗余。分散式并機控制器冗余只能解決控制功
能本身的問題，但并機控制通訊線的問題沒有解決。集中式并機
控制器冗余，雖然將所有控制器集中在一套控制屏內，控制本身
的故障得到有效解決，并機通訊線只在屏內布線，距離大大縮短，
有效減少了斷線的風險，但沒有完全杜絕，整套并機系統出故障
的風險還存在。控制器冗余的并機系統如下：
3.3 集中并機控制系統冗余
完整的集中并機控制系統冗余，是系統冗余而不是單純的控
制單元冗余。
兩套集中并機控制系統可以完全獨立工作，集中并機控制系
統與機組之間的信號線分兩個路由單獨布線，兩套集中并機控制
系統互為主備，主備功能由用戶現場任意設定，集中并機控制系
統冗余解決集中并機控制系統故障及信號線故障，在有限配置的
條件下最大限度的保障了全部柴發系統中并機系統的可靠性。
4 結束語
柴油發電機組屬重要的備用電源設備，購置時需慎之再慎，
以上是在數控中心自備應急電源（柴油發電機組）選擇過程中遇
到的一些問題，提出來與大家探討。希望對數據中心柴油發電機
組選擇有所幫助，為建設數據中心安全、可靠、合理、經濟的自
備應急電源系統做出自己的貢獻。
參考文獻：
[1]GB/T2820.1-2009 往復式內燃機驅動的交流發電機組 第
1 部分：用途、定額和性能[S].
[2]GB2820—1997.工業柴油發電機組通用技術條件.
[3]ISO 8528-5：1993.往復式內燃交流發電機 第 5 部分：
發電機組.
作者簡介：劉軍、男、漢、畢業于大連理工大學、本科、工
作于新疆油田公司數據公司基礎設施部，現從事數據中心機房管
理與維護工作。