中压柴发机组的运用特点

中压柴油发电机组的输出电压的等级有6kV、6.3kV、6.6kV、10kV、10.5kV、11kV等，国内常载电压等级为10kV，单台发电机组容量一般在1000kW以上，若电力需求超过单台柴发机组的较大容量，一般选用多台发电机组并车使用。

传统方法的每幢参数机楼配置相应400V低压发电机组，平常电网正常时发电机组都闲置着，操作率极低，对机楼空间占用、投资都是浪费。而大型参数中心园区内一般单体数据机楼较多，总体用电量大，选择10kV中压发电机组后可以统一设置动力中心（内含10kV 中压发电机组、发电机组并联机构、10kV中压发电机组与10kV电网切换及输出配电系统）。采用1：N（N≥2）的比例（即只需配置1/N的发电机组数量）进行复用，将1个后备供电单元（10kV中压发电机组群）作为N个用电单元的后备电源。通过复用，实现供电保障范围较大化，当任意1个用电单元大电产生中断时，备用供电单元（10kV中压发电机组群）对此用电单元进行保障供电。以此提升发电机组利用率，实现资源的动态调配和分享，提升效益的同时大大减少土建及设备的建设成本，也符合绿色、环保及节能的主题。

受限于传统400V低压发电机组一定的装机功率（发电机组机房在机楼建设初期的规划容量一定，加上装配场地、机房进排风等因素的制约），因为数据中心IT装备负载的不确定性，负载密度跨度大（单机架功耗从低密设备4.5kW/架以内康明斯柴油发电机组各型号、中密装置4.5～7.5kW/架、高密装置7.5kW/架以上），参数中心供电装置安装区域与IT机房区域很难匹配，对于低密装置很容易出现IT机房区域已装满而供电机房空间及供电容量有剩余，对于高密装备很容易发生供电机房空间及供电容量已满而IT机房空间空余较多的情况。随着10kV 中压发电机组在大型数据中心的应用，发电机组容量将不再受限（集中设置动力中心），可以在机楼内划定一块区域设置成机动区域，根据IT装备功耗来决定是否为配电区域或者IT装备区域，从而提高灵活性及机房利用率。

传统400V低压发电机组由于电压低，相同发电机组容量情形下供电线路上的电流就比较大，所以通常不可能把发电机组设置到离供电负载较远的距离，这样损耗就比较大，使得发电机组布局必须分散，增加土建和吸声成本，发电机组也难以实现共用分享。采用10kV中压发电机组后，由于供电电压提高25倍，相同发电机组功率情况下供电线，就是说相同供电距离时损耗就降低到1/25。同时由于供电电流大大减轻，可以选用较小发电机组输出电缆给负荷供电，此部分投资也大大减轻。因此，建议把10kV发电机组集中设置，形成一个动力中心，统一向各个参数机楼备用保障供电。

传统400V低压发电机组受公共母排和断路器容量的限制（通常较大电流只能达到6000A左右），发电机组并车数量不会很多，比如2000kW油机并联数量不能超过3台。选择10kV发电机组后，2000kW油机并联数量可以大大增加，十几台甚至20多台都不成问题。

紧跟市场前端需求量身定制“低成本、区别化”机房，电源保障等级及保障比例可与客户灵活协商。对于低端用户，不用发电机组进行备载保障供电，而只需大电保障；对于高端用户在大电断电后采用后备发电机组进行保障供电，这样也间接为10kV 中压发电机组复用创造了条件。

传统400V低压发电机组并机容量小，抗负荷冲击能力弱，选用10kV 中压发电机组集中设置动力中心后并联功率大大提升，发电机组与大电的切换在10kV端完成，对400V负荷危害较小，负载挂接更具灵活性。这样也有利于大型参数中心10kV装备的选取，比如10kV空调冷水发电机组的运用，其相对于400V低压发电机组启动电流小，对大电冲击小，可以减少电缆型号，减少线路压降和损耗，减轻线缆投资，既节能又环保。

当市电正常时，各数据机楼10kV配电系统选取单母线分段程序运转，中间设有母线并列开关，两段母线kV发电机组电源之间设置自动转换装置，大电电源失电后，转换机构自动转换康明斯发电机样本，10kV母线kV发电机组并联系统供电。10kV配电装置二段母线kV市电进线kV 发电机组进线、母联开关之间设有电气联锁装置，不容许任何两路电源并网运转。

（1）当一路大电中断/损坏时，通过自动/手动使用，转换到另一路大电供电，两路大电进线与母联开关之间有电气联锁系统，任何状况下只能有两个开关处在闭合状态。

（2）当两路电网中断/故障时，发电机组快速自起动，并列成功后，向各机楼10kV配电机构两段母线、动力中心供电预案

首先，该当对机楼及机房内由发电机组应急保障供电的负荷进行分级，做好动力中心的应急保障供电预案，一旦一个参数机楼或者多个参数机楼的电网中断或损坏时，对动力中心的10kV发电机组进行复用供电，或者在复用基础上对部分机楼或部分机房进行限制供电。

（1）当机楼的市电中断/故障功率小于动力中心发电机组配置容量时，通过动力中心复用，为所有用电单元保障供电。

（2）当机楼的市电中断/损坏容量大于动力中心配置的发电机组功率时，在复用基本上，需对机楼或机房进行分级，限制一部分机楼或部分机房用电，保障重要机楼或重要机房的供电。

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信息港一期工程数据中心机房负载密度高，每栋机房楼的单体建筑的用电负荷达20000kVA，用电负载基本都需有自备发电机组来保证，自备发电机组需求容量大。单层建筑的面积相对较大。对于这种参数机房楼，若选择传统的低压发电机组，将会造成首层大量建筑面积的占用，影响高低压变配电装备及空调制冷设备的设计，并且给处置发电机组运转时的振动、噪声问题和油机房的进、排风带来困难。若低压发电机组设置在楼外独立设置的油机房内，低电压、市电流、长距离也会在运行维保、能量损耗、施工等方面带来不利。

从供电系统节能角度考虑，将自备发电机组电压从400V提升到10kV，电压可提升25倍，线kV应急发电机供电机构比较400V应急发电机供电机构在办法评估上具有一定优势，中国移动信息港一期工程决定采用中压发电机组。

自备发电机组的发动机机型有两种：往复式柴发机组、燃气轮机发电机组两种机型。燃气轮发电机组具有运转可靠性高、电力输出稳定、带非线性负荷能力强、体积小、毛重轻、噪声低等特征，但其单位kW·h的耗油量要比往复式柴发机组高，大约是往复式柴发机组的1.7倍，而且造价高。在国内通信行业尚无中压燃气轮机发电机组实际应用案例，从建设成本及运转维保安全角度考虑。信息港一期工程采取了往复式柴发机组。

一期地块建设的油机房共有34个发电机组机位。考虑信息港的今后发展，在机位数量无法改变的前提下，尽可能提高现有柴油机房的供电保证能力。目前，大功率的应急中压发电机组单机功率分别为1800kW、2000kW、2200kW、2400kW、2600kW。一期工程对不同容量的并机装置对策保障能力及价格进行剖析对比，较终采用了单机功率为2000kW自备发电机组。其理由是：提高单位机位的供电能力；减轻系统中压发电机组的并机台数，使得多机并列机构的并列控制大概；减轻单机构的保养工作量；设备性价比高。

10kV发电机组供电系统为多台并车运转方法，将每台发电机组提供的电源连接汇合成单一电源给负荷供电，并列运转程序的大电与发电机的转换是在电网进线断路器和发电机供电系统输出断路器之间的转换。

同时还具有运行保护装置，能自动地、合理地分配和调节有功功率和无功容量，使发电机组间的调频特性和调压特征曲线趋向接近。

中压发电机组选取多台并联供电系统，能承受较大负载变化的冲击。发电机并列供电装置的容量需根据业务需求分期实施。

① 并机控制机构的兼容性。解除的手段：统一为其中一个控制机构品牌（通常后并入发电机组的并联机构品牌为首选），或者全部更换为第三种控制系统品牌（多适用于两种不同品牌发电机组均为原有，原有操作系统不具备并车功能，或并机控制方法、用途落后）。

原有发电机组的发动机为电子调速，而新并入发电机组为中压共轨喷油机构（其核心通常是电脑控制板），不管是发动机为何种调速控制程序，主流分散式并车控制模块均能够通过跳线、外部接线或者参数设置，输出与发动机调速信号接口匹配的或CANBUS 调速信号，再通过PID闭环微调调整，实现新、旧发动机调速性能的一致。

同理，不一样品牌发电机组的发电机所采用电压调节器（DVR）也不尽相同（如，模拟式电压调节器（电压板）和数字式电压调整器调压板），但不管是发电机因何种电压调节器电压调节器，主流分散式并机控制屏也均能够通过跳线、外部接线或者数据设置，输出与发电机调压信号接口匹配的或CANBUS 调压信号，再通过PID闭环微调调整，实现新、旧发电机调压性能的一致。

发电机的绕组节距不同时，因为不一样节距发电机输出电压的波形并不完全一样，同时不同节距对高次谐波的抑制效果也不同，2/3节距的绕组对3次谐波及其倍数的奇次谐波有很强的抑制作用，而5/6节距的绕组对5次和7次谐波有很强的抑制功用，2/3节距的绕组和5/6节距的绕组并联运行，综合用途的结果是表面看起来完全重迭的并列发电机组波形还是与正弦波形存在细微差别，在中性线存在的情况下，即使发电机组间电压有效值完全一样，但瞬时电压幅值并不一样，存在电压差，相应就会出现电流，并车时不可防止地会出现由于波形不完全重迭发生的高次谐波环流，一方面浪费柴油机的有功功率，损失效率；另外一方面因为环流的存在，发电机不能输出铭牌标定的输出电流或者功率。

首先尽量选取绕组节距一样的发电机类型，不一样服务中心、不同型号的节距可能都不一样，因此需要仔细查阅厂家的技术数据。

其次利用中压发电机的负荷基础对称和三角形联结的变压器，不需要中性线这一优点，取消中性线，保护选取中性点通较高阻接地步骤，通过设置PLC，控制实现采用中性点接地电阻控制用的接触器转换控制逻辑，保证在发电机组运转时有或只有一台运转并合闸发电机组的中性点接地电阻是通过接触器投入的，切断环流通过中性点接地电阻形成回路（由于功率管理或者故障造成的发电机组调换，在转换步骤中产生的中性点接地电阻存在的短时间重迭运转不影响），3次谐波因为缺乏回路就只能在三角形联结的变压器绕组里面循环，在发电机和负荷侧不造成影响康明斯中国官网，大大降低了3次谐波的危害。

由于后期扩容项目往往都是在第一期的时候就已经采购了开关柜，柜子中可能没有装配差动电流互感器或者装配的差动电流互感器由于尺寸问题，在发电机中性点一侧无法装配，因此在项目实施步骤中需要特别关注差动电流互感器的配合问题，原则是尽量采用同一OEM主机厂、同一类型的差动电流互感器，如果不能实现，也需要尽量选用特性曲线和参数接近的CT。

除此之外，可能还存在开关柜供应的位置信号及保护反馈信号不全，开关柜提供的保护不全面等问题，需要完善保护配置，增加开关柜信号继电器的触点，供应给发电机组并车控制机构。在信息港项目中，发现发电机组输出中压开关的接地刀开关位置信号没有反馈给并车控制装置进行闭锁，如果产生接地刀开关处于合闸接地状态时，发电机组突然起动，将出现中压输出直接通过接地刀开关短路的重大隐患。

发电机组不一样类型、不同授权厂商、同功率发电机组多台并联，通常由新供货设备厂商完成相关的并联整改工作，常规状况下并机机构改造又分为以下几种步骤：

如果原来的发电机组已经超过授权厂商保修期，原来控制机构陈旧且无备品、备件或者功能缺失，找不到相关的资料，解体原厂的控制机构也不会带来比较大的发电机组控制失效风险，且柴油机的ECU模块和发电机的稳压板模块完全独立于原产的控制机构，建议除保留发电机组本体的接线之外，拆除原来发电机组的控制模块或者控制机构，全部统一换成与新增发电机组一样的控制系统或者控制机构，这样做的亮点是由于扩容前后的发电机组统一控制品牌类型，可以达到同厂家发电机组并列的无缝效果，另外系统较简洁，总接线较少，可以较大限度提升机构的可靠性，缺点是成本过高，现场改造接线作业量较大。

如果因为原来的发电机组在授权厂商保修期内，拆装原装的控制装置，可能导致保质失效或者带来比较大的发电机组控制失效风险，另外还有一种情况是原来发电机组的控制机构内高度集成了柴油机的ECM模块甚至发电机的电压调节器模块，并且没有办法将ECU模块和电压调节器模块从原装控制装置独立出来，也就是不能甩掉原产控制装置，可以考虑以下两种途径：

① 保留原来发电机组除并机和功率管理之外的所有检测，起停控制和保护功用，通过数据设置和改线，将原装控制系统内置的并列和功率管理功用关闭，并机和容量管理作用由新增发电机组同一品牌同一类型监控系统接管，这样不管新机还是旧机，并联和功率管理功能都有同一品牌同一型号控制系统完成，也可以达到较佳的并联效果。

② 保留原来的并机控制系统，结构一组，组内沿用原来的并机控制系统，新增加的发电机组统一安排到另一组，另外结构一个并机控制系统，两组互相独立，在组内通过数字量实现通信，完成组内发电机组的同步控制和有功容量、无功容量负荷分配。发电机组的优先级别和公共母排的无压合闸权由PLC根据优先级别设置统一控制，组与组之间的有功功率和无功功率负荷分配信号，可通过增加界面卡模块作为桥梁，将两个组的有功容量和无功容量两个负荷分配的数字量信号均转化为组与组之间能够识别的标准接口信号（目前统一为0～5V或者0～10V模拟量信号），组内数字量负载分配，在组外通过模拟量进行负荷分配。自动投入及退出的功率管理功能则通过外置的功率检测模块大全发电机组总的功率输出，通过PLC实时精确计算出需要运转的发电机组台数，对控制装置进行起动停机控制，通常情况下，先在组内进行发电机组的投入退出控制，当超出组内调节能力之后再在组外进行调整，从而简化控制逻辑，提高机构稳定性。这种方法的特征是成本较低，现场改线作业量较少，其短处是由于存在新旧两套不同的控制机构，控制装置比较复杂，也没有方法完全进行完全通信，因此不能达到无缝并机效果，有些复杂用途无法实现，只能运用在要求偏低等级数据中心。当然如果各个品牌操作界面通过加强协作，统一相关控制界面通信和控制用途标准，实现互联互通，接口模块和PLC等模块完全可以省掉，机构可以更大概可靠。

而在信息港一期项目中，康明斯电力技术代理商选取了上述举措之外的另一种办法，即由新供康明斯发电机组并列装置追踪与原有某授权厂商W发电机组原有并联系统保持主控模块统一的基本上，再进行并车装置整改、升级和优化，用以实现不一样品牌发电机组并车的意义。

如：cummins并车装置主控模块追踪与服务中心W发电机组并机主控模块品牌一致并版本优于，保留原有集中监控控制器并通过扩容来实现新增发电机组信息的集中显示及发电机组控制，完成基本并列改造和调试后，再根据各项调试反馈对原有软件进行再编程优化等。从验收后各项指标来看，全面实现了项目之初的各项设计要求并有优化，而且因相关版本的升级和优化，还提高了原有机构的各项指标。