10kV高压发电机在数据中心的应用

莫嘉韵

摘 要：当今大数据时代，数据中心的电力需求负荷严重，需要稳定连续的电力供应。如果发生断电现象，将会对人类的正常生活造成难以承受的打击。大型的数据中心对电力的需求较大，且对供电连续性的要求非常高，故通常需配置柴油发电机电源。10kV高压发电机组具有损耗小、节省空间、集成化、稳定等突出优点。文章分析了10kV高压发电机在数据中心的应用。

关键词：10kV高压发电机；数据中心；电力供应

中图分类号：TM314 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）19-0174-02

Abstract： In the era of big data， the power demand load of the data center is serious， and a stable and continuous power supply is needed. If the phenomenon of power outage occurs， it will cause an unbearable blow to the normal life of human beings. Large data centers have a great demand for power， and the demand for power supply continuity is very high， so it is usually necessary to configure diesel generator power supply. 10kV high voltage generator set has many outstanding advantages， such as low loss， space saving， integration， stability and so on. This paper analyzes the application of 10kV high voltage generator in data center.

Keywords： 10kV high voltage generator； data center； power supply

引言

近幾年，我国政府提出了“一带一路”和“互联网+”的战略部署，随之而来的大型数据中心得到了迅速的发展和建设。但是相比于发达的西方国家，我国的大型数据中心的规模和数量还远远不够，而电力是大型数据中心的核心动力，所以必须做好断电以后，备用电源发电机组的构建和维护，其对于保持数据中心的正常运行至关重要；并且在后期的操作实践并根据实际需求，选择在高压柴油发电机组的基础上进行运营管理。

1 数据中心的节能环保和可靠性

在各种数据中心的应用中，尤其是通信运营商、金融服务行业、科技互联网企业等更多的需要数据中心，其作用更加显著，这集中体现在对数据中心的机架较大的需求和严格的可靠性要求。

为了适应大型机架的需求特点，数据中心和数据中心园区便由此产生。为了符合数据中心的可靠性要求，在数据中心的各个方面都需要清楚意外的设备问题会对整个中心产生的影响，并进行了大量的冗余设备配置，以保障数据中心的可靠稳定运行。

例如，在供配电的过程中，以往的数据中心大都使用不同区域的两条电力供应线路（通常以10kV的形式），且这两路电源相互独立，以及每个备用的容量，设置通信设备具有不间断电源（UPS，EPS，高压直流电源等），空调设备和应急电源等通信设备（通常为380V柴油发电机组）等许多的增强电力系统可靠性的措施。除此之外，数据中心需要大功率并且连续不间断地运行，这对电力能源的需求非常大，尤其是数据中心对电力的需求更是不可思议，从电力工程的成本方面来看，在整个数据中心的正常运行过程中，电力成本是其主要的资金消耗，所以节能环保成为了数据中心的关键主题之一。

所以，受数据中心的本身特性的影响，不仅对可靠性的标准要求非常严格；同时，其对节能环保的标准也要求很高。在许多情况下，这两者极容易发生冲突，成为问题的对立面。在设计建造数据中心的过程中，怎样平衡可靠性和节能环保之间的关系，从而实现数据中心可靠性和节能环保的有机统一，这是最重要的内容之一。

2 高低压发电机的对比

2.1 传统的并联低压发电机组运行和传输的缺点

当在额定功率时，电流越小，则电机的电压增高，所以在额定功率一样的情况下，低压发电机的电流较大（高压电机20倍），尤其在使用多个机组并联运行时，低压机组的总电流非常高，而且总线的承受能力有限，这样会使总线的负载更大，从而更容易出现故障；然而，高压发电机组的电流远小于低压机组。即使多个机组同时并联运行，总线的电流也非常小。

在相同的传输功率下，电压越高会导致电缆中的电流变小，所以电线中使用的较高电压线较小，这样能够大大地降低电线的投入消耗和贵金属的使用，显著降低了供电成本，同时在相同的电力传输距离的情况下，还能够避免不必要的电力损耗和电压损失，所以利用高压发电机能够实现高效的电力传输和远距离输送。

2.2 断路器的短路分断电流

若高压系统出现短路现象，那么采用高压柴油发电机组在短路时的电流远小于低压发电机组系统的短路电流，因此，如果出现短路，高压系统的破坏性和危害相比于低压系统更小。尤其在并联多个机组同时运行时，当短路电流达到特定大小时，断路器通过的电流会突破规定极限电流值，而使用高压机组，因为电路中的短路电流小，一般的断路器就能够达到标准要求，断路器的选择会更加合理。

2.3 传输变压器和高压机组的成熟性

如果供电负载中出现较高的负载（比如10kV电动机）时，低压系统中含有变压器，而高压系统中不包含变压器，使得其系统更加的简单，能够节省出变压器的成本，所以整个高压系统的维护成本会比低压系统要低很多。变压器增多，则维修设备相应增多，而且还会出现多个部件同时出现故障的可能性。安全对于备用机组至关重要。同时，添加变压器设备也会使得系统的功率传输损耗增加。

现在，高压机组在各类小型电站、工业生产、机场等区域用于应急备用电源系统，回顾以往实际案例可见各行各业的高压机组技术成熟稳定性越来越高，已逐渐能够被企业所认可，所以高压机组将成为未来大容量机组选择的主流趋势。

3 10kV高压发电机组的应用和设计要点

3.1 10kV高压发电机组的应用

总而言之，大型数据中心或数据中心园区因为其巨大的用电需求，同时对可靠性和节能环保的高标准要求，至于柴油发电机系统，与380V低压机组相比，使用10kV高压机组，其优势远远大于其缺点，10kV高压机组的应用方案更加符合供电需求，更稳定、更节能。当发电机的总容量变大时，主电源线路较长，或者有10kV电机提供负载电源，适合使用10kV电压等级的发电机组，所以10kV高压发电机组是今后大型数据中心的合理直选。

3.2 10kV高压发电机设计要点

（1）10kV发电机组在设计时应综合快速自动启动、自主切换、自动停止、远程控制等功能。其次，在日常供电源和10kV备用发电电源之间应该采用并联运行的连接方式；发电机容量需要对应IT设备的额定负荷，以及相关的其他空调设备负荷和智能监控系统负荷和消防设备负荷的规定。（2）应将节能环保性能作为发电机组设计标准之一，应具有启动快、过载能力强、非线性负荷承载能力大的特点，并还应兼顾适当的抗谐波性能；当机组数量较大时，同时其经济性、技术性合理，建议通过并联方式运行，以有利于电力负荷的分配，从而减少配电线的成本；发电机并联运行时，如果自动同步控制失效时，需要通过人工控制进行同步操作。（3）采用具有延时功能的双电源自动切换装置（ATS）。當发电机运行时，首先接入空调和其他负载，然后再接入UPS负载，从而使发电机和配电系统的影响能够减轻；应本着节约占地面积的原则进行发电机的布局，并全面兼顾通风、排烟的方式，确保发电机的启动、负载、运行能够安全可靠地输出稳定的功率。

3.3 10kV高压发电机组的配电系统维护

发电机组应用10kV 高压发电机时，其相应的配电系统一般应该具备以下的维护功能：（1）同步检测和异步检测功能；（2）欠电压自动断电功能；（3）方向性有功或无功过功率保护功能；（4）监控预警继电器过热和变压器线圈温度异常报警功能；（5）瞬间过电流保护；（6）延时过电流保护；（7）敏感接地故障延时过电流继电器（剩余电流保护）；（8）过电压保护；（9）纵联差动保护；（10）接地保护。

4 结束语

综上所述，与传统的380V柴油发电机相比，在传动功率和输送距离相同的情况下，本文所提的10kV柴油发电机系统具有低电流、低传输损耗和长传输距离等突出优点，同时还便于设计人员更加灵活进行配电，配电电路部分小，能够减低贵金属的成本，设计非常简单；根据上文的分析，可见数据中心应急供电系统采用10kV高压发电机组是最为合理、理想的发电机组，其在今后的数据中心的应用前景非常广阔和有意义。

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