10kV高壓發電機在數據中心的應用
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摘 要：當今大數據時代，數據中心的電力需求負荷嚴重，需要穩定連續的電力供應。如果發生斷電現象，將會對人類的正常生活造成難以承受的打擊。大型的數據中心對電力的需求較大，且對供電連續性的要求非常高，故通常需配置柴油發電機電源。10kV高壓發電機組具有損耗小、節省空間、集成化、穩定等突出優點。文章分析了10kV高壓發電機在數據中心的應用。
關鍵詞：10kV高壓發電機；數據中心；電力供應
中圖分類號：TM314 文獻標志碼：A 文章編號：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，我國政府提出了“一帶一路”和“互聯網+”的戰略部署，隨之而來的大型數據中心得到了迅速的發展和建設。但是相比于發達的西方國家，我國的大型數據中心的規模和數量還遠遠不夠，而電力是大型數據中心的核心動力，所以必須做好斷電以后，備用電源發電機組的構建和維護，其對于保持數據中心的正常運行至關重要；并且在后期的操作實踐并根據實際需求，選擇在高壓柴油發電機組的基礎上進行運營管理。
1 數據中心的節能環保和可靠性
在各種數據中心的應用中，尤其是通信運營商、金融服務行業、科技互聯網企業等更多的需要數據中心，其作用更加顯著，這集中體現在對數據中心的機架較大的需求和嚴格的可靠性要求。
為了適應大型機架的需求特點，數據中心和數據中心園區便由此產生。為了符合數據中心的可靠性要求，在數據中心的各個方面都需要清楚意外的設備問題會對整個中心產生的影響，并進行了大量的冗余設備配置，以保障數據中心的可靠穩定運行。
例如，在供配電的過程中，以往的數據中心大都使用不同區域的兩條電力供應線路（通常以10kV的形式），且這兩路電源相互獨立，以及每個備用的容量，設置通信設備具有不間斷電源（UPS，EPS，高壓直流電源等），空調設備和應急電源等通信設備（通常為380V柴油發電機組）等許多的增強電力系統可靠性的措施。除此之外，數據中心需要大功率并且連續不間斷地運行，這對電力能源的需求非常大，尤其是數據中心對電力的需求更是不可思議，從電力工程的成本方面來看，在整個數據中心的正常運行過程中，電力成本是其主要的資金消耗，所以節能環保成為了數據中心的關鍵主題之一。
所以，受數據中心的本身特性的影響，不僅對可靠性的標準要求非常嚴格；同時，其對節能環保的標準也要求很高。在許多情況下，這兩者極容易發生沖突，成為問題的對立面。在設計建造數據中心的過程中，怎樣平衡可靠性和節能環保之間的關系，從而實現數據中心可靠性和節能環保的有機統一，這是最重要的內容之一。
2 高低壓發電機的對比
2.1 傳統的并聯低壓發電機組運行和傳輸的缺點
當在額定功率時，電流越小，則電機的電壓增高，所以在額定功率一樣的情況下，低壓發電機的電流較大（高壓電機20倍），尤其在使用多個機組并聯運行時，低壓機組的總電流非常高，而且總線的承受能力有限，這樣會使總線的負載更大，從而更容易出現故障；然而，高壓發電機組的電流遠小于低壓機組。即使多個機組同時并聯運行，總線的電流也非常小。
在相同的傳輸功率下，電壓越高會導致電纜中的電流變小，所以電線中使用的較高電壓線較小，這樣能夠大大地降低電線的投入消耗和貴金屬的使用，顯著降低了供電成本，同時在相同的電力傳輸距離的情況下，還能夠避免不必要的電力損耗和電壓損失，所以利用高壓發電機能夠實現高效的電力傳輸和遠距離輸送。
2.2 斷路器的短路分斷電流
若高壓系統出現短路現象，那么采用高壓柴油發電機組在短路時的電流遠小于低壓發電機組系統的短路電流，因此，如果出現短路，高壓系統的破壞性和危害相比于低壓系統更小。尤其在并聯多個機組同時運行時，當短路電流達到特定大小時，斷路器通過的電流會突破規定極限電流值，而使用高壓機組，因為電路中的短路電流小，一般的斷路器就能夠達到標準要求，斷路器的選擇會更加合理。
2.3 傳輸變壓器和高壓機組的成熟性
如果供電負載中出現較高的負載（比如10kV電動機）時，低壓系統中含有變壓器，而高壓系統中不包含變壓器，使得其系統更加的簡單，能夠節省出變壓器的成本，所以整個高壓系統的維護成本會比低壓系統要低很多。變壓器增多，則維修設備相應增多，而且還會出現多個部件同時出現故障的可能性。安全對于備用機組至關重要。同時，添加變壓器設備也會使得系統的功率傳輸損耗增加。 現在，高壓機組在各類小型電站、工業生產、機場等區域用于應急備用電源系統，回顧以往實際案例可見各行各業的高壓機組技術成熟穩定性越來越高，已逐漸能夠被企業所認可，所以高壓機組將成為未來大容量機組選擇的主流趨勢。
3 10kV高壓發電機組的應用和設計要點
3.1 10kV高壓發電機組的應用
總而言之，大型數據中心或數據中心園區因為其巨大的用電需求，同時對可靠性和節能環保的高標準要求，至于柴油發電機系統，與380V低壓機組相比，使用10kV高壓機組，其優勢遠遠大于其缺點，10kV高壓機組的應用方案更加符合供電需求，更穩定、更節能。當發電機的總容量變大時，主電源線路較長，或者有10kV電機提供負載電源，適合使用10kV電壓等級的發電機組，所以10kV高壓發電機組是今后大型數據中心的合理直選。
3.2 10kV高壓發電機設計要點
?。?）10kV發電機組在設計時應綜合快速自動啟動、自主切換、自動停止、遠程控制等功能。其次，在日常供電源和10kV備用發電電源之間應該采用并聯運行的連接方式；發電機容量需要對應IT設備的額定負荷，以及相關的其他空調設備負荷和智能監控系統負荷和消防設備負荷的規定。（2）應將節能環保性能作為發電機組設計標準之一，應具有啟動快、過載能力強、非線性負荷承載能力大的特點，并還應兼顧適當的抗諧波性能；當機組數量較大時，同時其經濟性、技術性合理，建議通過并聯方式運行，以有利于電力負荷的分配，從而減少配電線的成本；發電機并聯運行時，如果自動同步控制失效時，需要通過人工控制進行同步操作。（3）采用具有延時功能的雙電源自動切換裝置（ATS）。當發電機運行時，首先接入空調和其他負載，然后再接入UPS負載，從而使發電機和配電系統的影響能夠減輕；應本著節約占地面積的原則進行發電機的布局，并全面兼顧通風、排煙的方式，確保發電機的啟動、負載、運行能夠安全可靠地輸出穩定的功率。
3.3 10kV高壓發電機組的配電系統維護
發電機組應用10kV 高壓發電機時，其相應的配電系統一般應該具備以下的維護功能：（1）同步檢測和異步檢測功能；（2）欠電壓自動斷電功能；（3）方向性有功或無功過功率保護功能；（4）監控預警繼電器過熱和變壓器線圈溫度異常報警功能；（5）瞬間過電流保護；（6）延時過電流保護；（7）敏感接地故障延時過電流繼電器（剩余電流保護）；（8）過電壓保護；（9）縱聯差動保護；（10）接地保護。
4 結束語
綜上所述，與傳統的380V柴油發電機相比，在傳動功率和輸送距離相同的情況下，本文所提的10kV柴油發電機系統具有低電流、低傳輸損耗和長傳輸距離等突出優點，同時還便于設計人員更加靈活進行配電，配電電路部分小，能夠減低貴金屬的成本，設計非常簡單；根據上文的分析，可見數據中心應急供電系統采用10kV高壓發電機組是最為合理、理想的發電機組，其在今后的數據中心的應用前景非常廣闊和有意義。
參考文獻：
[1]張廣明，陳冰冰，張彥和，等.數據中心基礎設施設計與建設[M].北京：電子工業出版社，2009.
[2]朱偉雄，王德安，蔡建華，等.新一代數據中心建設理論與實踐[M].北京：人民郵電出版社，2010.
[3]惠成洲，馬麗梅，茍繼強，等.淺析10kV高壓柴油發電機組在數據中心的應用及運行維護[J].技術應用，2012，22：12-15.
[4]肖泊天，周成光，侯亮平，等.10kV高壓柴油發電機在數據中心的應用于維護措施[J].能源電力，2015，24：34-36.
[5]周碧天，馬斌平，周良磊，等.探析10kV高壓發電機在數據中心的應用與改善措施[J].能源電力，2016，18：3-6.
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