引言：随着数据处理中心（DPCs）对电力供应可靠性和可用性要求的持续提升，柴油发电机组在数据中心领域的应用不断增长。数据中心持续功率（DCC，Data Center Continuous）作为柴油发电机组行业为满足这一特殊需求而专门定义的功率标定等级，正逐渐成为大型数据中心备用电源选型的标准配置。
Uptime Institute规定，应急电源需满足TierⅠ或TierⅡ等级要求，而替代电源需满足TierⅢ或TierⅣ等级要求。要被认为是可替代电源并满足Uptime Institute TierⅢ和TierⅣ的要求，发电机组必须在主电源发生故障时能提供持续电力——这意味着发电机组容量须在要求的负荷水平下提供不受时间限制的持续电力输出。本文从数据中心供配电要求、系统布置及自备应急电源系统设计等维度，系统阐述数据中心柴油发电机组的应用要点。
一、数据中心供配电要求
数据中心机房供配电系统是一个交叉系统，涉及市电供电、防雷接地、防静电、UPS不间断供电、柴油发电机等多个子系统，各系统互相交叉、互有影响。供配电系统是机房基础工程的心脏和大动脉，其稳定性直接保障其他系统发挥作用和核心业务正常运行。
1. 负荷等级与供电质量要求
（1）柴油发电机房用电负荷等级及供电要求应根据机房的等级，按现行国家标准《供配电系统设计规范》GB 50052及附录A的要求执行。
（2）电子信息设备供电电源质量应根据柴油发电机房的等级，按附录A的要求执行。不同等级的数据中心对电压波动、频率偏差、谐波畸变率等电能质量指标有不同要求，设计时应逐项对照。
2. 供电系统配置要求
（1）供配电系统应为电子信息系统的可扩展性预留备用容量。考虑到数据中心功率密度持续上升的趋势，配电柜、变压器及电缆截面应预留不少于终期负荷20%的裕量。
（2）户外供电线路不宜采用架空方式敷设——架空线路易受雷击、大风和外力破坏影响，可靠性较低。当户外供电线路采用具有金属外护套的电缆时，在电缆进出建筑物处应将金属外护套接地。
（3）柴油发电机房应由专用配电变压器或专用回路供电，变压器宜采用干式变压器（环氧树脂浇注型），以避免油浸变压器漏油带来的火灾隐患。
（4）柴油发电机房内的低压配电系统不应采用TN-C系统（即中性线与保护线合一系统），以防止中性线断线时设备外壳带电。电子信息设备的配电应按设备要求确定接地形式，通常采用TN-S系统（中性线与保护线严格分开）。
3. 不间断电源系统配置
（1）电子信息设备应由不间断电源系统（UPS）供电。UPS系统应有自动和手动旁路装置，以便在UPS故障或检修时能不停电切换至旁路运行。
（2）确定UPS系统的基本容量时应留有余量，UPS系统的基本容量按下式计算：
式中：
——UPS系统的基本容量（不包含备份UPS系统设备），kW/kVA；
——电子信息设备的计算负荷，kW/kVA。
该公式要求UPS容量不低于设备计算负荷的2倍，以确保在设备扩容或启动冲击时仍有充足裕量。
（3）用于柴油发电机房内的动力设备（如冷却水泵、机房空调压缩机）与电子信息设备的UPS系统应由不同回路配电，避免动力设备的启动冲击干扰敏感负载。
4. 配电箱柜与线路敷设要求
（1）电子信息设备的配电应采用专用配电箱（柜），专用配电箱（柜）应靠近用电设备安装，以缩短供电距离、减少线路压降。
（2）电子信息设备专用配电箱（柜）宜配备浪涌保护器（SPD）、电源监测和报警装置，并应提供远程通信接口（如RS485、Modbus），便于纳入动环监控系统。当输出端中性线与PE线之间的电位差不能满足电子信息设备使用要求时，宜配备隔离变压器。
（3）电子信息设备的电源连接点应与其他设备的电源连接点严格区别，并应有明显标识（如红色标签“IT设备专用”），防止误插拔。
（4）A级柴油发电机房应配置后备柴油发电机系统，当市电发生故障时，后备柴油发电机应能承担全部负荷的需要——包括IT设备、空调制冷、照明及安全相关负荷。
（5）后备柴油发电机的容量应包括UPS系统、空调和制冷设备的基本容量及应急照明和关系到生命安全等需要的负荷容量，不可仅按IT设备负荷选型。
（6）并列运行的柴油发电机，应具备自动和手动并网功能，并支持负载平稳转移（软加载/软卸载）。
（7）柴油发电机周围应设置检修用照明和维修电源，电源宜由UPS系统供电，确保市电停电时维修作业仍可进行。
（8）市电与柴油发电机的切换应采用具有旁路功能的自动转换开关（ATS）。ATS检修时，不应影响电源的切换（即配备维修旁路开关）。
5. 电缆选型与敷设规范
（1）敷设在隐蔽通风空间的低压配电线路应采用阻燃铜芯电缆（型号如ZR-YJV），电缆应沿线槽、桥架或局部穿管敷设。当配电电缆线槽（桥架）与通信缆线线槽（桥架）并列或交叉敷设时，配电电缆线槽（桥架）应敷设在通信缆线线槽（桥架）的下方，以防止电磁干扰。活动地板下作为空调静压箱时，电缆线槽（桥架）的布置不应阻断气流通路。
（2）配电线路的中性线截面积不应小于相线截面积——由于数据中心单相负荷（如开关电源、照明）较多，三相不平衡电流及谐波电流可能在中性线上叠加，中性线截面积不足将导致过热风险。单相负荷应均匀地分配在三相线路上，以减小中性线电流。
二、数据中心机房供配电系统的布置
数据中心机房供配电系统主要设备包括UPS、蓄电池、配电柜和柴油发电机等，如图1所示。这些设备单位占地面积大、重量大，布置时既要考虑功能需求，又要考虑空间和承重限制，还需关注对外界环境的影响。合理的布置方案是保障供电系统安全运行、便于维护检修以及满足数据中心分期扩容需求的基础。
1. 各功能区域的独立设置与空间分配
（1）数据中心机房供电系统应设有独立的配电间和变配电所，将高压配电、变压器和低压总配电集中于专用电气房间内，与非电气功能区域完全分隔，以防止无关人员误入和异物进入造成短路故障。
（2）UPS电源机房应靠近设备机房（即负荷中心）布置，以保证从UPS输出到用电设备之间的压降和损耗尽可能小。通常情况下，UPS输出端至IT设备输入端线路压降不应超过额定电压的2%，若距离过远须增大电缆截面或采用分段配电方式。
（3）UPS电源主机、配电柜与蓄电池组是否需要分隔设置，应按照数据中心等级的要求决定。对于TierⅢ及以上等级的数据中心，建议将蓄电池组设置于专用电池间内，与UPS主机和配电柜分隔布置，以防止电池漏液或氢气积聚对主机设备造成腐蚀和爆炸风险。
2. UPS、电池及配电柜的布置原则
（1）UPS属于大型设备，其单机重量通常在800～3000kg范围，且运行时风扇噪声较高（可达65～75dB）。因此UPS主机须摆放在楼面承重能力满足要求的位置（电池区域活荷载不应小于16kN/m²，UPS主机区域不应小于12kN/m²），并尽量远离办公区和休息区，以减少噪声干扰。
（2）配电柜位置的选择主要考虑功能上的需求——配电柜应在满足功能分区的基础上，尽可能靠近供电负载。对于机柜列头配电柜，宜布置于所在列的一端或中间位置，以均衡供电距离、降低末端压降。多个配电柜宜成排布置，柜前操作通道净宽不小于1.5m，柜后检修通道净宽不小于0.8m。
3. 发电机房的位置选择与专项设计
（1）发电机房宜设置在地面一层，便于机组的运输就位、进排风管道的直通室外、燃油输送及排烟管道的敷设。当必须设置于地下层时，必须预留专用的进风竖井和排风竖井直通地面，并应特别注意进风、出风通道的截面积能否满足机组满负荷运行所需的散热风量，同时应注意发电机组储油装置（日用油箱、储油罐）的防火分隔和泄油设施等消防合规要求。
（2）机房内发电机组周围应设置检修通道，机组操作面净距不小于1.8m（按GB51348-2019中500kW以上机组要求），背面和端部净距不小于1.5m，以满足日常维护和更换滤芯、皮带等易损件的空间需求。
（3）发电机组排烟管应独立引至室外高空排放，排烟口应避开人员活动区域和新风取风口，排烟管穿墙处应加装柔性密封套管，以吸收机组振动和热膨胀。
4. 空间预留与同步发展能力
变配电所、发电机房、UPS电源机房均应留有足够的面积，可与设备机房同步发展，以应对设备机房面积扩展或设备机房功率密度上升引起的供电需求增长。具体预留比例宜按终期容量的20%～30%考虑，主要包括：配电柜备用回路数量不少于当前使用回路的30%、UPS及电池间预留不少于2台UPS的安装位置、发电机房预留不少于1台机组的扩建安装位置。
5. 既有建筑改造的特殊考量
对于非专门设计用于数据中心的既有建筑改造项目，应特别注意以下几项是否满足设备安装和线路敷设的要求：
（1）楼面荷载：既有建筑楼板的设计活荷载通常为2.5～5.0kN/m²，而电池组密集布置区域实际荷载可达16～20kN/m²，远超出普通办公楼的设计值，改造前须进行结构复核，必要时进行楼板加固（如增设钢梁、碳纤维加固或加大截面加固）。
（2）净高：配电柜区域净高不低于3.0m，发电机房净高不低于4.0m，电缆桥架与风管交叉处应满足桥架与风管之间不小于300mm的检修间距。既有建筑层高不足时，可采用下进下出的配电柜接线方式或优化桥架路由以减少高度占用。
（3）抗震等级：供配电设备的安装应满足当地抗震设防烈度的要求，对设防烈度7度及以上地区的设备，应按抗震设防烈度提高一度采取构造措施，包括设备底座与基础采用预埋螺栓连接、柜顶与顶部结构采用防晃支架固定、电池架采用抗震型货架等。
（4）耐火等级：机房及配电间的建筑耐火等级不应低于二级，防火隔墙的耐火极限不应低于2小时，楼板耐火极限不应低于1.5小时。既有建筑不满足时，须进行防火构造升级（如增设防火板材内衬、涂刷防火涂料等）。
6. 设备搬运与检修通道规划
（1）在机房布置方案中，应预先规划大型设备（UPS主机、变压器、发电机组）的搬运路径。设备搬运通道的净宽不应小于最大不可拆设备宽度+0.6m，净高不应小于设备高度+0.3m。通道沿途的地面承载力、门洞尺寸及电梯承重能力均须逐一核对。
（2）发电机房的检修通道应延伸至机组所有需要维护的侧面，油箱和冷却水箱前应预留更换散热器芯体的操作空间（通常不小于散热器宽度+1.0m）。控制室与发电机间之间宜设隔声观察窗，窗采用双层中空防火玻璃，便于操作人员在非噪声区域监控机组状态。
图1 数据中心的柴油发电机组供配电系统组成图
三、自备应急电源系统设计
数据中心一般采用柴油发电机组作为自备应急电源。对于大型、高等级数据中心，也可以选择可靠性高、输出电源品质好、带非线性负载能力强、体积小、重量轻的大功率燃气发电机组。
（1）一般可靠性要求的数据中心宜配置一路自备应急电源，供电容量应能满足全部一、二级负荷的需求，包括UPS电源系统、机房空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备中的一、二级负荷。
（2）当数据中心条件受限制，且市电电源具有较高可靠性时，也可以部分或全部采用移动式发电机组作为自备应急电源。移动式机组可在市电长期故障时作为补充或替代电源使用。
（3）发电机组燃料储备量应根据数据中心等级的要求，结合市电电源可靠性、供油可靠性及消防要求综合决定，一般不宜少于发电机组满负荷运行8小时的用油量。对于Tier Ⅳ级数据中心，建议储油量不低于24小时满负荷运行需求，并应签订燃油紧急供应协议。
1. 主电网可靠性及数据中心分级依据
主电网的可靠性和数据中心所存数据的敏感度是决定电源配置等级的两个核心因素。如果主电网足够可靠，或数据中心处理的数据敏感性要求较低，或不严格要求数据的实时可读取性，那么数据中心设施的有效性百分比将相应降低，其分类为Uptime Institute TierⅠ或TierⅡ。此时根据发电机组的备用功率（Standby Power）来选择发电机组作为备用电源，可减少安装费用。
而当数据中心要求TierⅢ或TierⅣ等级时，发电机组必须按DCC功率持续带载运行，不受时间限制，这就对机组的连续负载能力、可靠性和突加载能力提出了更高要求。
2. 发动机及发电机的选型要点
作为电力供应的动力源，发动机的重要性不言而喻。选型时不但要考虑通用的环境因素（温度、海拔）、启动冗余（双启动马达、双启动蓄电池，或气动/弹簧启动）、通风散热、发动机水加热等通用要求，还要结合数据中心的具体要求来选择发动机及发电机。
发电机组行业主要发动机制造商新发布了数据中心持续功率（DCC）定义。发动机制造商采用DCC定义来保证发动机运行不受时间和平均功率百分比限制——即机组可24小时连续以额定功率运行，无需降功率或设定年度运行小时数上限。
发电机组的连续负载能力、可靠性、突加载能力是数据中心应用中最核心的要求。机组必须能在UPS电池放电时间内（通常15～30秒）完成启动、建压、并机并接管全部负载，同时应具备带非线性负载（整流性负载）的能力，发电机绕组设计宜采用2/3节距绕制以抑制三次谐波。
3. 智能冗余控制系统
控制系统作为发电机组运行的大脑，肩负着自动开关机、同步并联带载、负载分配（有功、无功功率均分）、功率管理、保护及数据传输等功能。控制系统要做到充分可靠及冗余控制，包括：
（1）控制冗余：主控制器与备用控制器采用热备冗余配置，主控制器故障时备用控制器无扰切换接管控制权。
（2）通讯冗余：控制器之间、控制器与上位监控系统之间采用双通道通讯（主用通道+备用通道），确保单一通信链路故障不影响系统运行。
（3）并机控制精度：并机系统的有功功率分配差度不超过±5%，无功功率分配差度不超过±5%，并机环流应控制在单机额定电流的5%以内，保证机组长期并列运行的稳定性。
结语
数据中心柴油发电机组DCC应用的核心在于机组能够不受时间限制地持续带载运行，满足Uptime Institute TierⅢ和TierⅣ对替代电源的严格要求。从供配电系统的设计来看，从市电引入、UPS配置、柴油发电机选型到控制系统冗余，每一环节都须围绕“可用性”和“可靠性”展开。DCC功率定义为数据中心机组选型提供了清晰的标定基准，而智能冗余控制系统则从运行管理层面保障了市电故障时机组能够可靠启动、平稳并机、持续输出，为数据中心7×24小时不间断运行提供坚实的电力保障。
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