某通信局樓柴油發電機系統改造方案

張志敏

（安徽電信規劃設計有限責任公司，安徽 合肥 230000）

0 引 言

在“東數西算”國家戰略的推進下，運營商某局樓的通信機架的需求數量逐年增加。根據該局樓的規劃文件測算，2 年后的柴油發電機系統總容量將不能保障該局樓備用交流電源的需求，因此應及時拿出設計方案改造柴油發電機系統，以適應遠期發展規劃[1]。文章首先介紹該局樓的柴油發電機系統現狀并指出其不足之處，其次通過負荷計算和高、低壓機組的優劣性對比擇優選取高壓機組，最后詳細論述了改造該局樓柴油發電機的配電系統和燃油系統的方案。

1 局樓柴油發電機組現狀

該局樓現有2 座變配電室、2 座油機室、2 座20 m3地埋油罐。其中：北側變配電室內設有3 臺2 000 kVA干式變壓器，變配電系統為“2+1”模式（2 臺主用變壓器、1 臺備用變壓器）；北側油機室內設有3 臺1 600 kW 低壓柴油發電機，發電系統為“2+1”模式（2臺主用柴油發電機、1 臺備用柴油發電機）；南側變配電室內設有2 臺2 000 kVA 干式變壓器，變配電系統為“1+1”模式（1 臺主用變壓器、1 臺備用變壓器）；南側油機室內設有2 臺1 600 kW 低壓柴油發電機，發電系統為“1+1”模式（1 臺主用柴油發電機、1 臺備用柴油發電機）；2 座20 m3地埋油罐分別位于南北2 座油機室附近[2]。北側柴油發電機組配電系統現狀（2+1）如圖1 所示。南側柴油發電機組配電系統現狀（1+1）如圖2 所示。

圖1 北側柴油發電機組配電系統現狀（2+1）

圖2 南側柴油發電機組配電系統現狀（1+1）

局樓現有主用柴油發電機組總容量為4 800 kW，主用變壓器總容量為6 000 kVA，大于4 800 kW，柴油發電機組總容量為4 800 kW，明顯不能匹配市電供電總容量6 000 kVA。前期通信機房負荷容量低的狀況不足以凸顯柴油發電機組總容量不足的問題，但是隨著機架需求的增長，柴油發電機組容量不足的問題日益凸出。

2 柴油發電機組改造方案

2.1 柴油發電機組配電系統

局樓現有的柴油發電機組的容量不足及設備老化問題日漸凸顯，最佳的解決方案就是進行柴油發電機組的增容換新。現有的變壓器安裝總容量為6 000 kVA，可滿足局樓終期的市電用電需求，因此可基于終期市電用電需求，選取本次換新后的柴油發電機組安裝總容量標準。本方案擬采用4 臺2 000 kW 高壓（10 kV）柴油發電機組。這4 臺高壓機組通過油機并機系統向市電變配電系統供電，以保障局樓的供電可靠性。

依據現有柴油發電機組的N+1 建設原則，本方案擬采用3 臺主用機組和1 臺備用機組作為局樓保障電源系統，4 臺機組均為高壓柴油發電機，其容量均為2 000 kW。3 臺主用機組安裝總容量為6 000 kW。由于總容量大于5 700 kW，新建的3+1 柴油發電機組安裝總容量可以匹配市電安裝總容量，可以保障局樓終期的用電需求，如圖3 所示。

圖3 新建柴油發電機組配電系統（3+1）

新建柴油發電機組配電系統由4 臺油機輸入柜、2 臺油機出線柜、1 臺高壓電壓互感器（Potential Transformer，PT）柜以及1 臺機組假負載測試柜組成。當2 路外市電均斷電時，2 路高壓雙電源切換開關由市電側切換到油機側，柴油發電機組收到信號后全部啟動。由于3 臺機組的總容量即可保障局樓終期負載的用電需求，機組控制系統根據負載測算對第4 臺機組發出停機指令并退出并機系統。第4 臺油機作為備用機組，以防主用機組發生宕機等無法運行的情況[3,4]。

2.2 高、低壓柴油發電機組對比

由于低壓柴油發電機組電壓低、輸出電流高，2 000 kW 低壓機組并機數量不得超過2 臺。若局樓新建柴油發電機組仍然采用低壓機組，則需要建設6臺機組（3 套1+1 油機系統）才能保障局樓的用電。而本方案擬采用的高壓柴油發電機組只需4 臺機組即可保障局樓的用電。高壓機組與低壓機組優劣性比較表，如表1 所示。

表1 高壓機組與低壓機組優劣性比較

通過高壓機組與低壓機組在線路損耗、輸送距離、并機系統等8 個方面的對比可知，高壓柴油發電機組作為局樓新建機組更合理。

2.3 柴油發電機燃油系統

現有地埋油罐為單層鋼制罐體，其外表面腐蝕嚴重，在網運行年限過久不符合設備利舊的條件，為滿足新建柴油發電機組燃油需求，局樓應新建2 座20 m3地埋油罐。建設2 座20 m3地埋油罐的方案可保證任何1 臺油罐在清洗維護、加油等不能向柴油發電機組供油期間，另一臺油罐可正常供油，從而保障了局樓的供電可靠性，而建設1 座40 m3地埋油罐的方案不具備這種容錯性。

《數據中心設計規范》（GB 50174-2017）規定，A 級數據機房的燃油儲量不得小于12 h[5]。由于當地的大風、暴雨等惡劣天氣較多，局方要求局樓的燃油儲量不得小于20 h，新建2 000 kW 高壓機組滿載的每小時油耗為520 L，3 臺主用機組滿載20 h 的運行油耗為31.2 m3，新建地埋油罐的總儲油量為36 m3，可滿足規范和局方的燃油儲量要求。

柴油發電機組燃油系統由地埋油罐、日用油箱、柴油發電機組、供油管道、回油管道以及可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制柜等組成。燃油系統設置1 臺主用PLC、1 臺備用PLC以及若干單元小PLC。PLC 控制柜能實時反應燃油系統的相關運行參數，每個日用油箱進、回油管道上均設電動閥，地埋油罐中潛油泵與日用油箱的供、回油電動閥設置連鎖。PLC 控制系統根據日用油箱內的液位傳感器信號設置超高液位、高液位、低液位以及超低液位4 個液位狀態。

3 結 論

為保障局樓終期負荷的用電需求，本方案拆除年限已久且無法利舊的低壓柴油發電機組和地埋油罐，擬新建4 臺（3 主1 備）2 000 kW 高壓柴油發電機組和2 座20 m3地埋油罐。在“東數西算”的大數據基建時代，大多數通信機房的電源系統難以滿足機架數量和單機架功耗的日漸增長的需求，因此在通信局樓的新建或改造工程中應有明確的遠期規劃，提前規劃預留出變配電、柴油發電機組和不間斷電源等設備的安裝空間。