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      電網電能質量會對數據中心產生哪些影響?

      電網電能質量會對數據中心產生哪些影響?

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      【摘要】:

      數據中心離不開電,沒有電能數據中心的任何設備都無法運轉,而且數據中心對電能的需求是巨大的,一個中型數據中心運行一天就要消耗掉十幾萬度的電。很多人只關注數據中心的高能耗問題,想方設法減少數據中心電的使用量,但是都忽略了一個問題,就是電的質量。

       

       

      我國還是一個發展中國家,經濟的大發展需要大量的電力供應,工業負荷也不斷大量增加,如:大型電力電子應用裝置、變頻設備、電氣化鐵道、煉鋼電弧爐、冶金化工設備、高速鐵路、電梯、起重機等,這些工業負荷對整個城市的電網質量都帶來大量的諧波干擾,隨著這些非線性、沖擊性負荷的大量使用,使得電能質量變得更加突出。

       

      這些年在城市里很少遇到大面積的停電,但是電壓的波動就時有發生了,比如家里的燈泡突然變得忽明忽暗,尤其是到了夏天用電高峰期,總感覺家里的燈泡不是那么亮,實際上這時電網的電壓運行在較低的水平,在輸出電流不變的情況下,燈泡的功率就低了,看起來也就不會那么亮了。數據中心里有不少的精密儀器,對電網運行質量較敏感,設備長期在這種供電環境下運行,會大大縮短設備的使用壽命,增加數據中心設備故障率,有時供電的波動也會造成設備無法正常運行,造成業務中斷。

       

      美國曾經做過這樣的實驗,得出一般低壓配電線在14個月內在線發生超出原工作電壓一倍以上的浪涌電壓次數可達到800次,這樣每個月差不多57次,其中超過1000V的浪涌就有300多次,在我國由于電網質量本身就差,出現高浪涌的頻率就更高了。除了電網本身質量對數據中心供電造成了波動,數據中心供電波動也有相當一部分原因來自于雷電,我國也是一個雷電高發地區,數據中心設備的電力線路上很容易遭受到直擊雷和感應雷的沖擊,這樣加劇了電網的波動。當雷擊中高壓電力線路后,經過變壓器耦合到低壓測,進而入侵到數據中心的供電設備上。按照標準要求,一切數據中心里運行的設備必須接地,并具有防雷裝置,避免雷擊。表1列舉了造成電網波動的幾大來源,這樣的電壓波動顯然會對設備造成沖擊,影響設備的正常運行。

      表1:造成電網波動的來源

       

      電網除了電壓上的變化,還有不少其它的影響,這些都對數據中心設備電源的運行造成了干擾。歸結起來主要有以下7種情況:

       

      01
      跌落
      一般是由重載接通、電網電壓低下造成的,這時供電電壓出現了突然的降低。數據中心對設備要求有承受跌落的能力。衡量的標準是電壓跌落的幅度和時間,一般要求電壓跌落至20%額定電壓時,設備能保持正常運行0.625S。這個數據參考了UPS的切換時間,UPS的供電切換時間可以達到幾百毫秒以內,當發生跌落時,可以在UPS將供電從一路切換到另一路的時間內,設備保持正常運行。

       

      02
      失電
      一般是由氣候惡劣、變壓器故障造成的。失電是指由于線路故障而引起的失電開關跳閘,又在很短的時間內迅速消除,這個過程往往在幾個毫米內就完成。失電比跌落要嚴酷,相當于在短時間內設備完成沒有供電,只是持續的時間要比跌落短。設備要做到不受失電的影響,就需要設計有一個大電容。在失電發生時,電容接管供電進行短時的放電,維持設備運行,當然具有這樣功能的基本都是承載核心業務、關鍵業務的高端設備。

       

      03
      頻率偏移
      一般是由發電機不穩定,區域性電網故障導致。造成頻率偏移主要是由于過負荷和發生諧振。頻率質量是電能質量的一個重要指標,國家電力工業技術管理法規規定,大容量電力系統的頻率偏差不得超過正負0.2Hz,而國外都要求不得超過正負0.1Hz。當頻率降低時,無功功率負荷將增大,這將促使電壓水平的下降。頻率過低失,會造成大面積停電。當頻率發生大幅度偏移時,將會影響數據中心設備的正常工作。

       

      04
      電氣噪聲
      一般是由雷達、無線電信號、工業設備生產的弧光、轉換器和逆變器造成的。數據中心里都是清一色的用電設備,在運行時必然會產生一些非本意用途的無規則的微弱電流、電壓或電磁場等。為了消除這些噪聲對周圍設備的影響,都會要求設備運行時漏電流、電壓不能過大,對設備的漏電流大小也有明確要求。當我們用手觸碰一些設備時,有時會被電到,要么是設備沒有很好的接地,要么是設備的漏電流過大,不符合標準要求。

       

      05
      浪涌
      一般來自雷電、用電負載突然增加或減少、變壓器抽頭不恰當等。浪涌一般是指電壓向上波動,突然升高。就我國目前的電網質量,這種情況幾乎無法避免,浪涌隨時都可能發生,所以只能從設備上想辦法來應對浪涌,提升設備對浪涌的沖擊能力。

       

      06
      諧波失真
      一般來自整流、開關負載、開關型電源、調速驅動等。諧波失真是指正常電流波形的一種失真,一般設備可以容忍一定程度的諧波電流,但是當諧波在總負載中所占比例較為明顯時就會出現問題。隨著諧波失真的發生,往往會造成數據中心設備通信錯誤、過熱和硬件受損。

       

      07
      順變
      一般來自雷擊、電源線負載設備的切換、功率因數補償電容的切換、空載電動機的斷開等。電網瞬變的特點是脈沖成群出現、脈沖的重復率高、脈沖波形的上升時間短暫、單個脈沖的能量較低。這種瞬變造成數據中心設備故障的幾率較小,但使設備產生誤動作的情況卻很常見。

       

      以上介紹的這些電網質量問題都會對數據中心設備運行造成不良影響,有些是致命的,會給數據中心帶來災難性的后果。既然數據中心無法改變電網的質量,那就要從自身入手,減少電網質量對設備的傷害。

       

      首先,數據中心的設備一定要接地,使設備上濾波電路能有效的濾除電網干擾。其次,數據中心設備要遠離載有大電流的導體,產生強電磁場的設備,和一些大功率的非線性負載設備隔開。再次,數據中心設備要增加前級配電保護裝置,增加電能凈化設備,比如調壓器、濾波器、電涌抑制器、UPS不間斷電源。

       

      通過這些電能凈化設備消除電網質量對數據中心設備的損害。電網質量對設備的影響往往是潛移默化的,平時很難觀察到,往往都是在設備已經發生了故障后才注意到,所以一定要增加防護措施,讓數據中心設備用上安全的電。

       


      關于英博電氣

      北京英博電氣股份有限公司(簡稱“英博電氣”)成立于2004年3月,是中外合資的高新技術企業。英博電氣歷經多年發展,已成為集電力技術研發、設備制造、工程服務為一體的科技型企業。 多年來,英博電氣以“關注未來、領先一步”為企業理念,立足于前景廣闊、技術創新度高的電力電子行業,向用戶提供相關元器件、功能模塊及成套裝置等電能質量治理設備的同時,致力于為電力用戶提供定制化的電能質量解決方案。通過提高電氣設備的用電效率、降低電能損耗、保障用電安全、延長設備使用壽命,公司將竭盡所能讓電力用戶享有綠色安全的電能。如需進一步數據,請訪問英博電氣網站:www.yurindex.com

       

       
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