當(dāng)前，數(shù)據(jù)中心機(jī)房通常由雙路市電加柴油發(fā)電系統(tǒng)組成供電電源的基礎(chǔ)架構(gòu)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機(jī)組與市電常用組網(wǎng)方式的分析，結(jié)合柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行、維護(hù)數(shù)據(jù)中心外部供電的現(xiàn)狀，在目前運(yùn)行維護(hù)的基礎(chǔ)上，提出一種柴油發(fā)電系統(tǒng)與市電并網(wǎng)使用的技術(shù)方案，為提升數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備利用率與資源價(jià)值，提供一種可行性方案。

《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174—2017）規(guī)定：A級(jí)數(shù)據(jù)中心應(yīng)由雙重電源供電，并應(yīng)設(shè)置備用電源。備用電源宜采用獨(dú)立于正常電源的柴油發(fā)電機(jī)組，也可采用供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專(zhuān)用饋電線路。當(dāng)正常電源發(fā)生故障時(shí)，備用電源應(yīng)能承擔(dān)數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行所需要的用電負(fù)荷。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心無(wú)論機(jī)房外部市電電壓等級(jí)為多少，機(jī)房?jī)?nèi)部的高壓配電系統(tǒng)基本以2N架構(gòu)的10KV系統(tǒng)為主，且隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心容量規(guī)模也越來(lái)越大，大型數(shù)據(jù)中心基本配置高壓柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源。其中典型架構(gòu)如圖1所示。

圖1 供配電系統(tǒng)典型架構(gòu)

在上述供配電系統(tǒng)架構(gòu)中，為避免日常狀態(tài)下備用電源啟用對(duì)電網(wǎng)的影響，通常對(duì)市電電源與備用柴油發(fā)電電源進(jìn)行邏輯與機(jī)械互鎖的設(shè)計(jì)，形成“2N+1”的兩路市電主用電源與柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)備用電源供電架構(gòu)，此架構(gòu)的穩(wěn)定性、可用性較高，在當(dāng)前數(shù)據(jù)中心建設(shè)中廣泛使用。

某數(shù)據(jù)中心高壓供電架構(gòu)如圖2所示，該數(shù)據(jù)中心機(jī)房側(cè)10KV高壓系統(tǒng)為單母線分段，之間不設(shè)母聯(lián)斷路器，低壓系統(tǒng)配置母聯(lián)斷路器，柴油發(fā)電系統(tǒng)由10臺(tái)高壓機(jī)組組成，與兩路市電形成“或”的關(guān)系，即在兩路市電都停電的情況下，柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)并給負(fù)載供電。柴油發(fā)電系統(tǒng)與兩路10KV線路之間設(shè)置電氣和機(jī)械互鎖，防止柴油發(fā)電系統(tǒng)與市電系統(tǒng)同時(shí)供電造成的不良后果。

圖2 某數(shù)據(jù)中心高壓供電架構(gòu)

從設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性的角度考量，10KV高壓“2N+1”供電架構(gòu)無(wú)疑是當(dāng)前數(shù)據(jù)中心建設(shè)的最優(yōu)選擇。但從基礎(chǔ)配套運(yùn)維，特別是柴油發(fā)電機(jī)日常及周期維保的要求來(lái)看，存在一些執(zhí)行問(wèn)題。

數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機(jī)帶載測(cè)試時(shí)，存在重要業(yè)務(wù)機(jī)房的供電安全問(wèn)題，這一直是運(yùn)維人員頭頂懸著的“一把劍”。筆者認(rèn)為，這是供配電架構(gòu)、市電與柴油發(fā)電機(jī)切換邏輯、不間斷電源蓄電池后備保障時(shí)長(zhǎng)等因素決定的。

《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174—2017）規(guī)定，2N系統(tǒng)的兩路市電與柴油發(fā)電機(jī)為主備關(guān)系，一般市電與柴油發(fā)電機(jī)的邏輯關(guān)系為當(dāng)兩路市電都停電時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)對(duì)后端負(fù)載進(jìn)行供電保障。因控制邏輯判斷、信號(hào)接收、斷路器分合閘動(dòng)作等時(shí)延因素，在市電切換柴油發(fā)電機(jī)的過(guò)程中，存在幾十秒甚至數(shù)分鐘的時(shí)間差。在某數(shù)據(jù)中心實(shí)測(cè)，10KV高壓ATS切換系統(tǒng)市電停電切換至柴油發(fā)電機(jī)供電用時(shí)約19秒；市電來(lái)電恢復(fù)，柴油發(fā)電機(jī)切換至市電用時(shí)約16秒。在市電與柴油發(fā)電機(jī)相互切換的停電過(guò)程中，負(fù)載業(yè)務(wù)的供電由交流或直流不間斷電源的后備蓄電池進(jìn)行保障?！稊?shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174—2017）規(guī)定，當(dāng)以柴油發(fā)電機(jī)為后備電源時(shí)，A級(jí)數(shù)據(jù)中心蓄電池最少備用時(shí)間為15分鐘。理論上不間斷電源蓄電池的后備保障時(shí)長(zhǎng)，足以保障市電與柴油發(fā)電機(jī)的切換時(shí)間。

眾所周知，蓄電池是通過(guò)內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的方式進(jìn)行充放電，其為一個(gè)極不穩(wěn)定的故障點(diǎn)。在筆者多年的電源維護(hù)工作經(jīng)歷中，曾遇到過(guò)上個(gè)月剛做完全蓄電池容量測(cè)試且數(shù)據(jù)顯示電池組放電性能良好，次月在柴油發(fā)電機(jī)帶載應(yīng)急演練市電、柴油發(fā)電機(jī)切換過(guò)程中，部分電池組中因個(gè)別單體電池故障，影響后端業(yè)務(wù)供電正常的情況。個(gè)人認(rèn)為此種情況并非個(gè)例，特別是在蓄電池組接近報(bào)廢年限的不間斷供電系統(tǒng)中，問(wèn)題尤為突出。因此，數(shù)據(jù)中心機(jī)房柴油發(fā)電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行給運(yùn)維人員帶來(lái)的壓力可想而知。

柴油發(fā)電機(jī)組對(duì)于電網(wǎng)而言，相當(dāng)于一個(gè)分布式電源，分布式電源接入配電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生潮流、電壓、繼電保護(hù)動(dòng)作等變化。柴油發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)電源并網(wǎng)運(yùn)行，需要滿足3個(gè)條件，即電源頻率、電壓幅值、相位相同。在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，需要一套系統(tǒng)控制有功、電壓等參數(shù)。同期裝置是一種在電力系統(tǒng)執(zhí)行并網(wǎng)時(shí)使用的監(jiān)視、指示、控制設(shè)備，它可以檢測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)兩側(cè)的電源頻率、電壓幅值、相位是否達(dá)到同期條件，其操作方式有手動(dòng)并網(wǎng)和自動(dòng)并網(wǎng)兩種。

為加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)運(yùn)維的可靠、可用性能，筆者根據(jù)對(duì)某數(shù)據(jù)中心現(xiàn)網(wǎng)高壓供電架構(gòu)的調(diào)研及分析，提出一種優(yōu)化方案，其架構(gòu)如圖3所示。

圖3 某數(shù)據(jù)中心現(xiàn)網(wǎng)高壓供電優(yōu)化架構(gòu)

取消原有供電架構(gòu)的市電進(jìn)線與發(fā)電機(jī)組之間的聯(lián)鎖裝置，保留原有的操作機(jī)制，同時(shí)在原有設(shè)備基礎(chǔ)上增加同期裝置，以實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)與市電電源并網(wǎng)供電。

在正常情況下，由兩路高壓市電分別供電；當(dāng)兩路市電同時(shí)停電時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)給后端負(fù)載供電。上述兩種情況同期裝置為無(wú)壓供電模式，即單路電源供電。當(dāng)需進(jìn)行油機(jī)帶載測(cè)試或應(yīng)急演練時(shí)，手動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組通過(guò)1段或2段同期裝置進(jìn)行同期手動(dòng)并網(wǎng)。在該設(shè)計(jì)方案中，柴油發(fā)電系統(tǒng)只針對(duì)其中某一路市電進(jìn)行并網(wǎng)，不設(shè)置同時(shí)跟蹤兩路市電進(jìn)行并網(wǎng)操作。

數(shù)據(jù)中心內(nèi)市電電源與柴油發(fā)電機(jī)電源相互聯(lián)鎖的供電架構(gòu)模式，在當(dāng)前數(shù)據(jù)中心相關(guān)從業(yè)人員中已深入人心。在當(dāng)前信息化發(fā)展迅速的時(shí)代，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)配套從業(yè)人員應(yīng)該擁抱變化，為數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行積極拓展新思路。