银行数据中心备用电源柴油发电机系统配置.doc

I IT 运维 T RUNNING AND MAINTENANCE 银行数据中心备用电源 柴油发电机系统配置 浙商银行股份有限公司信息科技部 关健 太原科技大学化学与生物工程学院 张翠英 随着银行数据大集中系统建设 应在 ms 级启动以满足 IT 设备的电 级别。符合下列情况之一的电子信 和各种金融服务业务的飞速发展， 力需求，此时柴油发电机启动和并 息系统机房应为 A 级 ：电子信息系 银行数据中心的 IT 设备急剧增长。 机，一路供电至冷水机组、水泵等 统运行中断将造成重大的经济损失 ； 电 力 供 应 是 数 据 中 心 IT 设 备 正 常 动 力 设 施 ；另 一 路 经 U P S 供 电 至 电子信息系统运行中断将造成公共 运行的基础保障，数据中心一旦出 I T 设 备。 可 见， 柴 油 发 电 机 适 时 场所秩序严重混乱。符合下列情况 现供电故障，数据丢失引发的后果 正常启动，是数据中心可靠性的重 之一的电子信息系统机房应为 B 级： 将是灾难性的。根据电监会和中电 要保障。柴油发电机系统的合理配 电子信息系统运行中断将造成较大 联 发 布 的 数 据 显 示，2010 年 全 国 置直接决定着银行数据中心的供电 的经济损失 ；电子信息系统运行中 10kV 城市用户平均供电可靠性为 可靠性。 断将造成公共场所秩序混乱。不属 99.92，不能满足重要数据中心供 于 A 级或 B 级的电子信息系统机房 一、数据中心机房等级及 配 电 系 统 99.995 或 更 高 可 靠 性 应为 C 级。 电源配置 的要求。因此，应急电源系统是银 不同等级的机房电源配置如表 行数据中心不可或缺的重要设备之 数 据 中 心 机 房 等 级 分 为 A 级、 1 所示。银行数据中心机房显然属 一。柴油发电机系统是银行数据中 B 级、C 级三级，在设计时应根据 于 A 级 机 房， 其 后 备 柴 油 发 电 机 心广泛采用的应急电源之一。在市 机房的使用性质、管理要求及其在 的配置应满足表 1 中 A 级机房配 政断电的情形下，数据中心的 UPS 经济和社会中的重要性质确定所属 置要求。36 FINANCIAL COMPUTER OF CHINA IT 运维 IT Running and Maintenance 表1 GB 50174-2008 机房分级及电气系统要求 机房等级 A级 B级 C级 容错型，在系统运行期间，其场 冗余型，在系统运行期间， 基 本 型， 在 场 地 设 施 正 常 地设施不应因操作失误、设备故 其场地设施在冗余能力范围 性能要求 运 行 情 况 下， 应 确 保 电 子 障、外电源中断、维护和检修而 内，不应因设备故障而导致 信息系统运行不中断 导致电子信息系统运行中断 电子信息系统运行中断 供电电源 两个电源供电，两个电源不应同时受到损坏 两回线路供电 变压器 M（11）M1、2、3 N 不间断电源系统的供电时 后备柴油发电机系统 N 或 NX 冗余（X1 N） N 供电电源不能满足要求时 间 满 足 信 息 存 储 要 求 时， 可不设置柴油发电机 后备柴油发电机系统基本 应包括不间断电源系统的基本容量、空调和制冷设备的基本容 容量 量、应急照明和消防等涉及生命安全的负荷容量 柴油发电机燃料存储量 72 小时 24 小时 2N 或 MN1 冗余 不间断电源系统配置 NX 冗余 X1 N N M2、3、4 轮流备用。柴油发电机电源分别与 柴油发电机容量，减少柴油发电机 二、柴油发电机系统配置 两段低压母线引出的回路通过 ATS 台数，由于需要配置备用配电变压 1. 柴油发电机台数选择 开关转换，然后对 UPS、空调设备 器，却增加了配电变压器台数。每 按 照 GB 50174-2008 电 子 信 和消防设备供电。 组高压柴油发电机对应几组配电变息系统机房设计规范对于 A 级机 2. 柴油发电机电压选择 压器。房的设计要求，柴油发电机储油时 柴油发电机宜选择低压发电机， 3. 柴油发电机功率选型间需达到 72 小时 ；而按照美国标准 与配电变压器共同组成“N2”电 功率选型是机组选型的核心内TIA-942数据中心的通信基础设 源 系 统， 如 采 用 中 压 柴 油 发 电 机， 容，其原则是在最少投资的前提下，施标准对于 Tier IV 级机房的设计 在一台配电变压器检修时，因检修 满足使用要求。柴油发电机组定义要求，柴油发电机需要达到储油时 时间不会很短，故障发生的时机又 比较复杂，GB/T2820.1往复式内间 96 小时，即柴油发电机可能运行 是 随 机 的， 有 可 能 发 生 单 点 故 障， 燃机驱动的交流发电机组中说明72 小 时 或 96 小 时， 所 以 柴 油 发 电 造成灾难性后果，所以需要增设备 了确定发动机组输出功率标定的种机也需要备份。柴油发电机需要与 用配电变压器。低压发电机单台容 类和要求。配电变压器对应分组设置，每组柴 量受到低压断路器断流容量的限制， （1）持续功率 COP油发电机两台或三台，采用“11” 一般与配电变压器同样按组设置。 在商定的运行条件下并按制造或“21”方式设置，可互为备用或 采用高压柴油发电机可以提高单台 商的规定进行维护保养，发电机组 2013.9 中国金融电脑 37 I IT 运维 T RUNNING AND MAINTENANCE 以恒定负荷持续运行，且每年运行 于 ESP 的 30 时 按 30 计， 停 机 发电机。柴油发电机的要求都是一 时数不受限制的最大功率。 时间不包括在内。 旦 2 台 10kV 的 变 压 器 组 全 部 故 障 （2）基本功率 PRP 柴油发电机按哪种标定功率选 时，发电机能够在 10s 内自动启动 在商定的运行条件下并按制造 择应结合市电可靠性、数据中心可 并网发电。同时，为不降低消防安 商的规定进行维护保养，发电机组 靠性要求等因素确定，作为自备应 全的要求，发电机还能自动切除非 以可变负荷持续运行，且每年运行 急电源的发电机组功率可按照 LTP 消防负荷。下面，对金融单位最常 时数不受限制的最大功率。24 小时 选择。考虑到银行数据中心电源可 见的不并列运行的两台变压器和一 运行周期内允许的平均功率输出应 靠性要求较高，建议按照 PRP 选择， 台柴油发电机组成的各种配电系统 不超过 PRP 的 70，除非与 RIC 发 以增加发电机系统带负载能力，增 方案的各种优缺点进行比较和分析， 动机制造商另有商定。在要求允许 加对突加负载的适应能力，提高应 以选择最佳配电方案，提高供电的 的平均功率输出较规定值高的应用 急电源系统的可靠性。 可靠性。 场合，应使用持续功率 COP。在确 4. 柴油发电机励磁方式选择 1. 方案一 ：变压器和柴油发 定某一可变功率序列的实际平均功 柴油发电机的励磁方式最好选 电机组的低压母线各自独立，互 率输出时，功率小于 PRP 的 30 时 择永磁励磁方式或 3 次谐波励磁。 不联系 按 30 计，停机时间不包括在内。 5. 柴油发电机容量计算 如图 1 所示，其优点 ：不需要 （3）限时运行功率 LTP 即 Pjs6k8Pjs1k7Pjs2Pjs3Pjs4，其 联锁，柴油发电机也不会倒送给市 在商定的运行条件下并按照制 中，k8 为 UPS 需要的发电机容量系 电。缺点 ：一是市电停电时候，发 造商的规定进行维护保养，发电机 数，采用永磁励磁机时取 1.2，采用 电机无法供电给一般负荷 ；二是 组每年运行时间可达 500 小时的最 PFC 电路时取 1.3，采用带输入滤波 段母线平时没有电，其故障点不易 大功率。按 100 限时运行功率每 k7 器的传统双变换 UPS 时取 3 ； 为 被发现。 年运行的最长时间为 500 小时。 制冷负 荷 需 要 的 发 电 机 容 量 系 数， 2. 方案二 ：变压器的低压母 （4）应急备用功率 ESP P 取 1.5 ； js1 为 IT 设 备 计 算 负 荷 ； 线侧引一路电源到段母线 在商定的运行条件下并按照制 P js2 为空调制冷系统电气计算负荷 ； 如图 2 所示，此方案解决了 造商的规定进行维护保养，在市电 P P js3 为照明计算负荷 ； js4 为消防计 段母线平时没有电的问题，并且在 一旦中断或在试验条件下，发电机 算负荷。 QF、4QF 之间设置了机械、电器联 组以可变负荷运行且每年运行时数 锁，以确保柴油机不会倒送给市电。 三、柴油发电机与变压器 可达 200 小时的最大功率。24 小时 其缺点仍是市电停电时，发电机无 配电方案 运行周期内允许的平均功率输出应 法供电给一般负荷。 不超过 ESP 的 70，除非与 RIC 发 供配电系统在满足电源负荷的 3. 方案三 ：柴油发电机不设 动机制造商另有商定。实际平均功 要求下，其自身的可靠性设计至关 专用母线，而与变压器母线共用 率输出应小于等于按 ESP 定义的允 重要。金融单位存在大量的一级和 如图 3 所示，为了最大限度地 许平均功率输出。在确定某一可变 二级负荷，变压器台数往往为 2 台 发挥柴油发电机的作用，即当平时 功率序列的实际平均输出，功率小 及以上，同时还备有大功率的柴油 市电停电时候，柴油发电机能够直38 FINANCIAL COMPUTER OF CHINA IT 运维 IT Running and Maintenance 柴油发动机 TM1 变压器 TM2 变压器 1QF 机械，电气联锁（三个开关只能同时合两个） 2QF 0.4/0.23kV 0.4/0.23kV 0.4/0.23kV 3QF 图1 配电方案一示意 柴油发动机 TM1 变压器 TM2 变压器 机械，电气联锁 1QF QF 自动互投 机械，电气联锁（三个开关只能同时合两个） 2QF 0.4/0.23kV 0.4/0.23kV 0.4/0.23kV 4QF 3QF 图2 配电方案二示意 柴油发动机 TM1 变压器 TM2 变压器 机械，电气联锁 自动互投 2QF QF 1QF 机械，电气联锁（三个开关只能同时合两个） 0.4/0.23kV 0.4/0.23kV 0.4/0.23kV QL 3QF 图3 配电方案三示意接供电给一般负荷，柴油发电机不 可能跳闸，影响供电可靠性。 电停电，柴油发电机自启动，也能供设专用母线，而与变压器母线共用。 4. 方案四 ：设置柴油发电机 电给一级负荷，大大提高了可靠性。其缺点是当 TM1 变压器故障或者检 专供一般性负荷的母线 从以上分析可以看出，当市电修，QL 断开，3QF 合闸时，如恰逢 如图 4 所示，为了克服上述缺 比较可靠，发电机功率相对于变压市电停电，柴油发电机自启动，由 点，设置柴油发电机专供一般性负荷 器容量比较小时，可选择方案一、二，于 QL 断开，无法供电给一级负荷。 的母线，为了保障柴油发电机自 当发电机功率相对于变压器容量比另外，为保障发电机失压自启动成 启动成功，QL 必须失压断开。这样 较大时，可选择方案四。当一级负功，段母线上的一般性负荷必须 一来，即使 TM1 变压器故障或者检 荷特别重要的时候，可选用方案一、断开，从而造成平时电网电压波动， 修，QL 断开，3QF 合闸时候恰逢市 二、四，而不能选择方案三。 2013.9 中国金融电脑 39 I IT 运维 T RUNNING AND MAINTENANCE 柴油发动机 TM1 变压器 TM2 变压器 机械，电气连锁 机械，电气联锁 QF 自动互投 1QF （三个开关只能同时合两个） 2QF 0.4/0.23kV 0.4/0.23kV 0.4/0.23kV QL 3QF 图4 配电方案四示意 性点到接地电极的路径中。配电系 2. 选择性配合 四、柴油发电机的接地与保护 统中可使用 -Y 形变压器，从而 选择性配合是指仅由故障线路 1. 系统和设备接地 为相负载设备提供一个中性点。中 侧的地电流保护装置主动清除各种 （1）系统接地 性点电阻接地通常用于中压、高压 故障电流下的短路故障。距离故障 系统接地是指将 Y 形连接发电 发电机系统，主要用于发电机系统 点最近的上游过电流保护装置对故 机中性点、连接发电机的顶点或 出现单相接地时的保护。 障的频繁动作，将会导致配电系统 连接发电机的单相绕组中点接地。 不接地系统 中无故障支路不必要的断电，可导 最为常见的是将三相四线系统中 Y 交流发电机系统不特意接到大 致应急系统不必要的启动。 形连接发电机的中性点接地，并将 地。 此 方 式 偶 尔 应 用 于 在 600V 以 选择性配合时，建议将转换开关 中性线（接地导线）引出。通常可 下出现接地故障时要求或希望保持 安装在分支电路过电流保护装置的负 以分为直接接地、电阻接地和不接 持续供电的三相三线制系统中，此 载侧，转换开关负载侧的故障将不会 地三种形式。 时必须有合格的维修电气工程师在 引起应急系统中无故障分支电路随故 直接接地 现场。 障分支电路一起切换到发电机上。 直接接地系统由导线直接接地， （2）设备接地 3. 发电机的保护 不接入电阻。电气规范通常要求在 设备接地是指所有非截流（正 在低压（600V 以下）应急 / 备 所有带.