大型云計算中心柴油發(fā)電機系統(tǒng)的設(shè)計

文/胡雙平

1 項目需求分析

廣東某云計算中心項目面積11000平米，部署機柜1216臺，平均功率5.5kW的512臺，6kW的704臺；1216臺機柜總功率為7040kW，按照PUE=1.35，總功率為9504 kW，建設(shè)標準按國家標準《GB50174-2017 數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范 》A級標準。

根據(jù)A級標準要求必須配置柴油發(fā)電機組作為備用電源，且柴油發(fā)電機組必須是N+X（X=1～N）冗余配置。

2 柴油發(fā)電機系統(tǒng)設(shè)計

A級機房要求油機連續(xù)和不限時運行，也即COP功率。本方案油機計算負荷為9504 kW，選用意大利奔馬10kV中壓柴油發(fā)電機組GSW2520P，該油機的發(fā)動機規(guī)格為帕金斯（Perkins）的4016-61TRG3，發(fā)電機規(guī)格為利萊森瑪（Leroy Somer）的LSA53.1 UL85，自動控制面板采用奔馬（PRAMAC）AC03并機控制器。該發(fā)電機組的主用功率（PRP）為1804 kW/2255kVA，備用功率（LTP）為2004kW/2505kVA，持續(xù)功率（COP）為1603 kW/2004kVA。采用6主1備共7臺油機并機，COP總功率為9618 kW，滿足負荷需求。

兩路10kV市電在正常情況下，同時運行各帶一半負載；在一路市電停電或者故障時，母聯(lián)備自投自動投入，由另外一路市電帶起全部負載；當(dāng)雙路市電均失電時，油機在15秒內(nèi)自動啟動，60秒內(nèi)完成并機，通過自控系統(tǒng)控制，分閘10kV市電電源斷路器，閉合油機電源斷路器，向負荷供電；當(dāng)市電恢復(fù)正常后，系統(tǒng)繼續(xù)由油機系統(tǒng)供電，需要手動切換回市電供電；油機系統(tǒng)在任何情況下均不與市電并聯(lián)運行。

油機檢測到啟動信號后6臺機組同時啟動并機輸出，運行5分鐘后根據(jù)后端實際負載率情況進行減機，這樣可以確保油機啟動初期有足夠的抗負載沖擊能力。6臺油機啟動過程中如果有1臺無法正常啟動，則自動切換到備用油機啟動。

本油機系統(tǒng)共包含有7臺油機進線柜，1臺PT柜，2臺并機輸出柜，1臺并機控制柜，1臺假負載接線柜，1臺假負載測試控制柜，1套接地電阻柜，1套直流操作電源柜，1臺假負載。

單臺機組最大額定電流137.74A，斷路器電流630A，油機控制系統(tǒng)全套中壓配電柜柜型選用施耐德原廠PIX-12中壓配電柜。

油機進線柜內(nèi)斷路器選用施耐德HVX-12-25-06真空斷路器，配置CT兩只，地刀，零序CT，避雷器，配微機保護P127，多功能表PM2125C。

PT柜選用PTT-12，PT&避雷器共車方案，帶PT，避雷器，消諧電阻。

并機輸出柜內(nèi)斷路器選用HVX12-31-12真空斷路器，帶CT兩只，避雷器，零序互感器，配微機保護P127，多功能表PM2125C。

并機控制柜采用IG-NT-MINT系統(tǒng)，除了收集控制單機上的AC-03控制器信號外，與接地電阻柜、并機輸出柜、并機輸入柜等設(shè)備的所有控制信號全部由此柜提供接口。

假負載接線柜內(nèi)斷路器選用HVX-12-25-06，帶CT兩只，下PT，避雷器，熔斷器，零序互感器，配微機保護P343，多功能表PM2125C。

假負載測試控制柜內(nèi)主要包含控制主機、顯示屏，通過負載柜控制系統(tǒng)軟件進行操作控制。

接地電阻柜選用保定天威的10kV發(fā)電機中性點接地電阻柜。7臺油機共用1個接地電阻柜，當(dāng)油機啟動時，該接地電阻柜主要包括電阻器、真空接觸器和電流互感器等配套設(shè)備。其中電阻器THT-FZG-10/58額定電阻值58Ω，短時通流能力100A，額定通流時間10s，在25℃時的電阻值允許偏差≤±3%，電阻率1.09μΩm。真空接觸器選用單極JZC1—12/400，額定電壓12kV，額定電流400A。

直流操作電源操作電壓110V，容量為80AH。

假負載為河北凱翔AC10.5kV-2000kW高壓智能交流負載柜。該負載柜額定電壓AC10.5kV，額定功率2000kW，工作電源為AC380V/50HZ，冷卻方式為強制風(fēng)冷。在此需要注意的是，外市電配電系統(tǒng)設(shè)計中需要為假負載的強制風(fēng)冷風(fēng)扇提供電源，這個是特別容易遺漏的一點。

根據(jù)規(guī)范要求，油機系統(tǒng)必須配置12小時燃油。油機的滿載耗油量是482L/h，按照12小時計算，6臺油機的滿載總耗油量34704L，約34.7m3。由于消防規(guī)范限制，室內(nèi)單個日用油箱不能超過1 m3，7臺機組共配置7個1 m3的日用油箱，日用油箱箱底采用平衡油管互通，另配置30 m3的臥式柴油儲罐室外埋地安裝。室外油罐池四周采用柵欄進行防護隔離，并配置監(jiān)控攝像頭和探照燈。

采用齒輪油泵輸油，油泵按照1+1冗余配置。柴油由槽車運來后，儲存于室外柴油儲罐內(nèi)，經(jīng)過濾器、油泵加壓。日用油箱由自動液位傳送控制系統(tǒng)進行控制。在低液位時，電磁閥打開，啟動輸油泵。在高液位電磁閥關(guān)閉。當(dāng)日用油箱間發(fā)生火災(zāi)時，開啟緊急排油泵，將日用油箱內(nèi)的柴油排至埋地油罐內(nèi)。

單臺機組輸入到中壓柜的電纜選用ZRYJV22-8.7/15kV-3*120電纜，中壓柜輸出到10KV中壓母線的電纜選用ZR-YJV22-8.7/15kV-3*400電纜。

整套油機系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)通過RS485智能接口接入云計算中心的動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，通過動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)可以遠程查看油機的運行狀態(tài)。

3 油機房的設(shè)計

按照環(huán)保要求，進、出風(fēng)口都設(shè)置了消音措施，噪聲控制在65dB以內(nèi)。

整個油機房四周墻面和棚面均安裝了微孔吸音板，且內(nèi)襯50mm厚吸音棉。

單臺油機重量為18.5噸，在油機房地面做了混凝土承重基礎(chǔ)，承重基礎(chǔ)和全部地面均采用綠色環(huán)氧聚氨酯防靜電地坪漆處理，既能夠防靜電，又可以防止地面起灰塵而影響機組運行。

油機房作為獨立的防火分區(qū)，采用煙感和溫感進行消防檢測，并配置七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)。同時，油機配置了手持二氧化碳滅火器和防毒面具。

4 結(jié)束語

該柴油發(fā)電機系統(tǒng)在安裝調(diào)試完成后，經(jīng)過了嚴格的第三方滿載測試和模擬各種場景的投切運行，各項指標均滿足相關(guān)規(guī)范，符合設(shè)計要求，能夠安全穩(wěn)定運行。本文理論聯(lián)系實踐，結(jié)合多個柴油發(fā)電機組部署過程中發(fā)生的一些問題，希望給廣大云計算中心建設(shè)從業(yè)者以參考借鑒，避免類似問題反復(fù)出現(xiàn)。