数据中心供配电设计规程

1、数据中心供配电设计规程根据中国工程建设标准化协会2015044号文的要求，编制组在广泛调査研究，认真总结实践经验，参考有关国际标准，并广泛征求意见基础上，编制本规程。本规程共分9章和1个附录，主要技术内容有：总则、术语和符号、数据中心等级与供配电系统基本要求、配变电系统、备用电源系统、不间断电源系统、防雷与接地、线缆选择与敷设、供配电系统监控。本规程以数据中心供配电设计思路为出发点，提出不同等级的数据中心对应不同等级的供配电系统配置要求。从供电电源至配电末端，围绕数据中心设备对供电连续性的特殊要求展开编制。对数据中心供配电系统设计过程中的各类要点，进行有效规范。本规程由中国工程建设标准化协会归

2、口管理，授权由主编单位负责具体解释。本规程主编单位：中国数据中心工作组参编单位：主要起草人：主要审查人：数据中心供配电设计规程数据中心供配电设计规程 、附录B柴油发电机组带非线性负载能力在通信及数据中心负载中因大量开关电源的使用产生了大量的谐波电流，谐波电流通过电源的阻抗产生了谐波电压，谐波电压的超标对供电及发电设备的安全及稳定性造成威胁，主要表现发电机发热，电压不稳定，保护误动，功率因数低造成ups频繁在供电与UPS之间频繁切换等，此情况在数据中心由发电机供电时表现特别突出。数据中心谐波來源主要是UPS,以及用于软启动的INVERTER以及其他大量的开关电源造成。为了防治谐波对数据中心机设备

3、造成损坏，数据中心电源要求总电压谐波含量必须小于5%o谐波电圧的产生与电源的次暂态电抗X”d(thediiectaxissub-transientreactance(X“d)相关联,由于发电机的X”d远大于变压器的Xd或用Ulcx(6%pu)表示,所以谐波对发电机影响更为突出，表现为当发电机容量选择小时出现电压震荡，频率波动,发电机发热共至根本无法带负载.这是因为在同样的谐波电流下，发电机比变压器吸收谐波的能力大即电压畸变与发电机阻抗成正比，阻抗与发电机功率成反比。Xd%=(100THDU%)/(Z(nIn%)2)此处，X”d%为在供电要求的THDU%(5%)下发电机次次暂态电抗。假定所选的发

4、电机的直轴瞬态阻抗为Xdg”,负载总谐波含量THDU%,发电机与负载的配比可按K=Xdg/Xd”=Xdgx(Z(nIll%)2)/THDUK21K1可不考虑谐波按有功负荷配置以发电机为MARATHONMXL-2500-4400V/3P/50HZ/3125KVA/2500KW,XdSub-tiansientReactance11.2%,具有强的带非线性负载能力，具体如下：整流型式6P(l/n)/实测12P(l/n)/实测12p+llLCIGBT%THDU5TH203201127TH14.330111.211TH9.189.1901.313TH7.737.747.70.517TH5.9401111

5、9TH5.320110.9整流型式6P(l/n)/实测12P(l/n)/实测12p+llLCIGBT%THDL：THDI%3033.61210847(z(nin%)2)2602001401204532Xdn%=(1005)/(E(nIn%)2)1.922.53.64.211.115.6带非线性负载能力Xd”/Xdg”17%22%32%37%100%100%5%发电机配置系数Xdg”/Xd”5.84.53.12.711由于总电流谐波为THDI=7(2(111)2)/11而发电机带非线性负载能力是对THDU而在一定的谐波电流下供电产生的THDU值是影响电流安全和发电机安全的主要因数，THDU是由各

6、谐波电流大小和方次即乂三(11In%)2)和发电机的X“d,以及为保证安全的供电的THDU阈值决定的而不直接由THDI决定，故讨论在不同THDI下的发电机带非线性负载能力不如以上在不同的THDU阈值下的带非线性负载能力。以上情况是考虑在非线性负载造成发电机发热及确保保护不误动和提供数据中性安全用电情况下发电机带负载能力，并排除了谐波对于调压稳定性影响即发电机调压系统采用PMG励磁。柴油发电机组带容性负载能力目前使用的备用柴油发电机带容性负载能力较差，通常是发电机视在功率的20%,主要原因是同步发电机在带感性负载时定子负载电流产生的磁场方向在转子励磁电流产生的磁场方向具有相反的分量,所以当感性负

7、载电流大时载发电机定子与转子间产生的合成磁场强度减小,而发电机的电压为在滞后的COS下，当定子电流增加时，此时是去磁作用,而在容性负载时定子电流产生的磁场与转子产生的励磁磁场具有通向分量即在超前的COS下，当定子电流增加时，此时是助磁作用。而转子与定子之间的合成磁场的大小决定了发电机的输出电压，如下图所以同步发电机在带容性负载时容易出现电压失控，因此同步发电机能带的容性负载能力小。如MXH-1800-4/11KV1800KW（2250K，A）此机组同步电抗Xd=1.636对应的带容性负载曲线如下：沁ame创可带最大容性负载为Q=2259K，Ax0.48=1080KVAr即此发电机可带容性负载为

8、其视在功率的48%o同步发电机带容性负载能力主要取决于发电直轴同步电抗Xd，同步电抗越大带容性负载能力越小。具体可按厂家提供的发电机负载曲线图计算。数据中心中压发电机中性点接地选择1发电机中性点接地发展史及比较初期因发电机容量小，为防止单相接地造成的相电压升高及短路弧光暂态电压对系统绝缘的威胁发电机中性点采用直接接地；但随着发电机容量的扩大，单相故障增多，出现频繁跳闸停电于是将直接接地系统改为不接地系统；由于系统进一步扩大以及输电线路延长电压的升高，在发生单相接地故障时，接地电容电流在故障点形成的电弧不能熄灭，间歇电弧造成护光过压，严重威胁到系统绝缘性与可靠性；徳国为解决不接地系统的问题采用中

9、性点经消弧线圈接地方式自动消除瞬间单相接地故障；美国为解决不接地系统的问题采用了中性点通过低电阻或低阻抗接地保护方式，瞬间跳开故障线路；为消除消弧线圈的系统地复杂与可能产生系统谐振风险和低电阻接地大电流对系统的冲击以及保护设置选择性不强和发电机之间环流大消除环流系统复杂等缺陷，我国在中压系统釆用高电阻小电流接地。各种发电机中性点接地方式比较序号中性点接地方式小电流接地系统大电流接地系统中性点不接地中性点高电阻接地中性点经消弧线圈接地中性点电阻接地中性点直接接地1图例厂厂1-*V,-12单相接地电流较大10A最小100A最大3非故障相对地最高低0.8vUxV疗几较高V方厂、低0.8Uxr*低0.

10、8Ux4弧光接地过压3-5Ux2-5Ux2-5Ux2.5UX最低5高压设备绝缘性高一般一般一般低6接地故障引发次发性故障可能性大较小小大最大7对通信感应危害最小小小较大最大8继电保护难在线绝缘监控易零序CT/差动较难LH/ML易零序CT/差动易零序CT/差动9运行维护简单简单复杂简单简单10供电可靠性较高最高低最低11综合技术装备水T-简单较高高最高简单12人身触电危险性大大小非常大最大13铁磁谐振过压风险高低较高低低14保护接地安全性容性电流大时危险较安全安全容性电流大时危险危险15接地装置投资最小中等中等高小16适用电压等级110KV110KV330KV17并机运行发电机间环流无小大大非常

11、大18并机运行故障机组保护选择性高高差差差2数据中心备用发电机中性点接地方式的选择根据我国相关的规定及以上比较数据中心0.4KV备用发电机系统建议柴用中性点直接接地方式；10KV备用发电机单机运行可采用低电阻接地或高电阻接地；10KV备用发电机并机运行宜采用高电阻接地方式。3中性点接地电阻计算1)高电阻接地电阻为确保在单相接地故障弧光超压小于2.5Ux即相电压，根据对弧光放电的模拟实验只要保证流经接地电阻的地有功电流120.51c即系统对地的电容电流，即有功接地电流Ia=(0.5-1.0)Ic,时单相故障接地产生的弧光超压就可保证小于2.5Ux，中性点接地电阻Rn=Ux/(0.5-1.0)Ic

12、Ic=(0.5-1.0)/nfCC发电机并机系统对地电容单位FF电力系统的频率单位HzIc发电机并机系统对地电容电流，单位AUx系统相电压单位VRn接地高电阻阻值单位Q10KV系统低电阻接地电流一般先择Ia=5A(IcW10A)Rn=1212G一般10KV备用发电机并机系统为减小接地电阻造成的环流，在保证单相故障弧光超压不超过2.5Ux尽量选用高电阻。由于接地电阻流过的有功电流小，接地电阻的功率可按稳态接地电阻条件确定即P=(Ux/Rn)KW此系统优缺点：电容电流小于10A的电网，为限制暂态过电压和实现单相接地故障准确选线，中性点宜釆用高阻接地。可以抑制和阻尼间歇性弧光接地过电压和多种谐振过电压，使过电压倍数降低到2.5p.u.以下。可以利用零序有功分量方法以及差动保护方法实现单相接地故障准确选线。减小并机系统得环流误动可能性容易实现全系统短路保护对通信感应危害小2）低电阻接地系统由于低电阻接地系统要发生接地故障立即断电，接地有功电流宜选择I尸（23）Ic此时已极大的限制了弧光超压，低电阻接地系统中性点电阻值为Rn=Ux/（23）Ic10KV系统低电阻接地电流一般先择Ia=100ARn=60G此系统优缺点纯电缆网络或以电缆为主的电网，中性点可釆用低电阻接地，