数据中心柴油发电机系统运维

本书介绍了柴油发电机组的分类、组成和工作原理，分析了柴油发电机组的功率标定和技术指标， 重点讨论了不同性质负载对柴油发电机组带载能力的影响，详细介绍了柴油发电机组供电方案的电源架 构和运行方式以及柴油发电机组的运维保养方法。此外，还介绍了机房安装的柴油发电机组和集装箱式 柴油发电机组的设计、安装的相关知识。

本书力求理论性和实践性相结合，书中所列的柴油发电机系统的供电方案及运维保养方法对当前主 流的数据中心柴油发电机系统普遍适用。本书是数据中心柴油发电机系统运维工作流程的指导性教材， 相信阅读本书一定会对数据中心柴油发电机系统运维管理从业人员大有裨益。

自“十三五”规划明确提出实施国家大数据战略以来，大数据产业已成为我国数字

经济发展的重要引擎。数据中心是新基建的重要“数字底座”，是助推数字经济发展的

重要力量。在国家战略的指引下，推进数据中心产业高质量发展是全行业在“十四五”

时期的重要任务。在全国数据中心建设数量快速增长的背景下，数据中心基础设施运维

管理人才短缺的问题日趋严重，已成为制约行业发展的重要因素。为提升数据中心基础

设施运维从业人员的整体技能水平，指导有关企业、教育机构培训的有效实施，由中国

智慧工程研究会大数据教育专业委员会牵头，北京慧芃科技有限公司组织编写了“新基

建·数据中心系列丛书”。

数据中心对系统连续、稳定、安全运行有着极高的要求，确保数据中心连续运行有

两个最基本的条件，即供电不中断和连续制冷。数据中心要确保连续不间断供电，须配

置独立的后备电源，而柴油发电机组则是当前数据中心备用电源的首选。在市电中断后，

UPS（不间断电源系统）可短时间支撑服务器等核心设备的用电需求，整个数据中心的

后续供电主要靠柴油发电机组来提供，因此数据中心的柴油发电机组是关键项目中关键

负载的关键节点设备。保证柴油发电机组的成功启动和可靠运行对柴油发电机系统的运

维保养提出了更高的要求。

本书介绍了柴油发电机组的分类、组成和工作原理，以及柴油发电机组的功率标

定、技术指标和不同性质负载对柴油发电机组带载能力的影响，重点介绍了数据中心柴

油发电机组的供电方案以及维护保养方法。此外，还介绍了机房安装的柴油发电机组和

集装箱式柴油发电机组的设计、安装的相关知识。本书作者长期从事数据中心柴油发电

机系统的规划、设计及运维工作，书中内容是作者多年实践经验的总结。本书力求做到

理论性和实践性相结合，书中所列的柴油发电机系统的供电方案及运维保养方法对当前

主流的数据中心柴油发电机系统普遍适用。本书是数据中心柴油发电机系统运维工作流

程的指导性教材，相信阅读本书一定会对数据中心柴油发电机系统运维管理从业人员大

有裨益。

本书与《数据中心UPS系统运维》《数据中心低压供配电系统运维》《数据中心

高压供配电系统运维》等教材在内容上互为理论支撑，共同构成数据中心供配电系统运

维管理的理论与实践的知识体系。本书注重对读者实际工作能力的培养，理论叙述以够

用为度，很多知识点的论述并没有详细展开，读者可以自行对感兴趣的内容进行更深入

的阅读和学习。

在本书的编写过程中，参考了许多相关书籍和文献资料，在此向所有参考文献的原

作者致以诚挚的谢意！在书稿内容及格式方面，得到了王其英老师、郑学美高工和同事

叶社文、兰凡璧的指导和帮助，同事杨少林在书中插图的绘制方面提供了大量帮助，清

华大学出版社的编辑老师在书稿统校及时间把控上给予了指导和帮助，在此对他们一并

表示感谢。

由于作者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，诚望广大读者批评指正！

作者

2023年2月

第1章 数据中心概述 ·1

1.1 什么是数据中心 ·1

1.2 数据中心的分级 ·1

1.2.1 根据GB 50174—2017分级 2

1.2.2 根据Uptime Tier等级认证分级2

1.2.3 根据TIA-942分级 ·3

1.3 数据中心负载及其特点 3

1.3.1 数据中心的负荷等级 3

1.3.2 数据中心的负载特点 4

1.4 数据中心备用电源需求特点 7

1.4.1 数据中心相关规范和标准 7

1.4.2 数据中心备用发电机组的运行特点 8

习题 ·8

第2章 柴油发电机组概述 ·9

2.1 柴油发电机组的定义和特点 9

2.1.1 柴油发电机组的特点 9

2.1.2 现代发电机组的基本特点 11

2.2 后备发电机系统在数据中心的定位 ·11

2.3 数据中心追求的发电机组的特性 12

2.4 柴油发电机组的分类 ·13

2.5 柴油发电机组的等级划分 ·15

2.5.1 发电机组的性能等级 16

2.5.2 自动化发电机组的等级标准 ·16

2.6 目前发电机组的相关标准 ·18

2.7 柴油发电机组的功率标定 ·19

2.7.1 国标对机组功率的标定 ·19

2.7.2 柴油发电机组的功率修正 21

2.7.3 制造商对机组功率的标定 23

2.7.4 正确理解各种功率标定的意义 24

2.8 柴油发电机组的技术指标 ·25

2.9 柴油发电机组的型号含义和品牌 29

习题 29

第3章 柴油发电机组的结构和工作原理 ·30

3.1 发动机 ·31

3.1.1 发动机的分类 ·33

3.1.2 发动机的系统组成 ·34

3.1.3 四冲程柴油机的工作原理 36

3.1.4 发动机的发展前景 ·38

3.2 发电机 ·39

3.2.1 发电机的组成 ·39

3.2.2 发电机的工作原理 ·46

3.3 控制器 ·54

3.4 柴油发电机组的辅助配置 ·55

3.4.1 数据中心备用柴油发电机组的辅助配置 55

3.4.2 数据中心柴油发电机组辅助设施的启动与退出 ·57

习题 59

第4章 数据中心的柴油发电机电源系统 ·61

4.1 数据中心柴油发电机组的选配 ·61

4.1.1 选型前的注意事项 ·61

4.1.2 柴油发电机组的功率等级选择 61

4.1.3 柴油发电机组的容量选择 62

4.1.4 影响柴油发电机组选型的其他因素 68

4.2 柴油发电机组运行方式 69

4.2.1 单台独立运行 ·69

4.2.2 多台并机运行 ·70

4.3 发电和配电 ·82

4.3.1 柴发电源系统的可靠性设计 ·83

4.3.2 柴发电源与市电的切换 ·86

4.3.3 不同电压等级的电源架构 90

4.3.4 柴油发电机并机母线之间母联的设置分析 ·97

4.4 数据中心柴发电源系统的监测和控制 99

4.4.1 监控需求 ·99

4.4.2 柴发电源系统的常规监控 100

4.4.3 柴发电源系统的电源切换监控 101

4.4.4 柴发电源系统的自动加载与减载 ·103

4.4.5 柴发电源系统的自动增/减机组 ·106

4.4.6 柴发电源系统的远程监控 107

4.4.7 发电机组的保护 108

4.5 某大型数据中心柴发电源系统示例 ·109

4.5.1 供电原则 ·110

4.5.2 运行控制逻辑 ·110

4.5.3 10kV供配电系统运行方案分析 112

习题 118

第5章 柴油发电机系统的设计 ·120

5.1 柴油发电机系统的机房设计 120

5.1.1 机房的选址 121

5.1.2 机房布局 ·121

5.1.3 冷却系统 ·125

5.1.4 通风系统 ·128

5.1.5 机房的降噪与保温 ·133

5.1.6 排烟系统及尾气处理 135

5.1.7 燃油供给系统 ·136

5.1.8 机房消防 ·145

5.1.9 辅助电源设计 ·146

5.2 集装箱式柴油发电机组的设计 ·148

5.2.1 集装箱式柴发机组的布局 149

5.2.2 通风降噪系统 ·155

5.2.3 排烟系统 ·158

5.2.4 燃油系统 ·159

5.2.5 消防设施 ·164

5.2.6 箱内电气系统 ·165

5.2.7 系统防雷接地 ·168

5.2.8 控制系统 ·168

习题 170

第6章 柴油发电机组的安装、调试及测试验收 173

6.1 柴油发电机组的安装 ·173

6.1.1 机房安装的柴油发电机组的安装 ·174

6.1.2 集装箱式柴油发电机组的安装 184

6.2 柴油发电机组的测试验收 ·187

6.2.1 柴发机组目视检查 ·188

6.2.2 柴发机组的检测 192

习题 204