 王少飞 北京中科仙络咨询服务有限公司销售技术顾问，电源系统工程师，负责技术支持工作。 我国数据中心经过多年的发展，建设规模不断扩大。在信息技术和大数据等趋势的推动下，带宽需求不断增长，企业对于数据中心的认识、构建和规划也正在发生转变，数据中心的新一轮快速发展已经开始。数据中心作为互联网和云计算服务的重要基础设施，面临日益严格的运行条件要求，对运维管理也提出新的课题。 现代数据中心负载与传统电气负载相比发生了很大的变化。传统负荷以电阻(照明、加热)、电感(电动机)等线性负载为主，现在的负荷很多是整流电路为主的非线性负载。例如在三相四线供电系统中，大量使用的节能灯、LED大屏幕、以计算机为代表的信息设备等都采用了整流电路。三次等零序性谐波由单相整流负载产生，并带来了严重危害，包括三次谐波带来功率损耗增加、缩短设备寿命、接地保护功能失常、造成电子器件误动作、电容器损坏、附加磁场、中性线过载和电缆着火。 在电力系统中，正常供电频率是50Hz，所谓“三次谐波”，就是在50Hz的电路中，夹杂有150Hz的交流正弦波，这个150Hz的交流正弦波由于是50Hz的三倍，于是称之为三次谐波。 普通交流电的基波表达式是： ua=Ua sinωt ub=Ubsin(ωt-120°） uc=Ucsin(ωt-240°） 三次谐波的表达式是： ua3=Ua sin3ωt ub3=Ubsin3(ωt-120°）=Ub sin3ωt-360°=Ub sin3ωt uc3=Ucsin3(ωt-240°）=Uc sin3ωt-720°=Uc sin3ωt ua3=ub3=uc3 可以看出，三次谐波的三相电在周期上体现是同步的，因此它们会产生出叠加的效果。 下面我们通过测试，来验证以上分析。 通过调整数据中心负载在三相中的运行数量，实现三相负载基本平衡，在数据中心负载输入端采集零线谐波数据图形如下： 如图可见，在三相负载基本均衡的情况下，零线谐波仍然存在大量谐波电流，其中主要为三次谐波。 三倍频谐波(3次、9次 、15次)在三相中相位相同，幅值在零线上直接相加，因而导致了变压器过热甚至烧毁，零线电流过大引发火灾，以下就主要的两方面问题进行说明。 1 .三次谐波引起变压器过热 三相四线制系统中变压器如果采用△/Y连接，这样零序性电流在变压器的一次侧中没有流通回路，零序性谐波电流不能流入上游系统，减小了零序性谐波电流对上游系统的影响。但是变压器二次侧三次谐波电流会在一次侧绕组感应出三次谐波电流在△绕组形成环流，该环流很大，增加一次侧绕组损耗，变压器发热严重。 通过对某数据中心隔离变压器检测，由于零序性3次谐波电流的影响，变压器的温度可达150℃，增加了变压器附加发热、加速绝缘老化、减少变压器使用寿命，同时也带来振动和噪音问题。 2.零线三次谐波电流过大 三次谐波电流周期为150Hz，在一个工频50Hz周期内有3个周波，A、B和C相上的三次谐波相位是相同的，从下图所示相线与零线三次谐波电流可知，零线上三次谐波电流为相线的3倍。 从上图所示相线与零线三次谐波电流可知，由于零线中电流过大，使配电系统零线的电缆、导线出现过负荷引起绝缘老化加速，零线过载和电缆着火。 零线电流过大引发火灾的事故已经多次出现，所带来的影响不容忽视，应在配电系统的设计中引起广泛关注，在已经交付使用的数据中心也应采用相应的改进措施对谐波污染的环境加以治理。 综上所述， 当遇到以下这些故障现象，并且能够确认负荷的种类属于单相整流电路时，就可以初步判定是三次谐波电流的问题： 1）尽管变压器还没有达到额定的功率，变压器的初级绕组温度却很高，这是由于三次谐波电流在初级绕组中形成环流所致。 2）过流保护装置意外动作，虽然实际电流并没有达到保护的阈值，这是由于包含三次谐波的电流在同样有效值的条件下具有更大的峰值。 3）尽管三相的负荷平衡，零线电流超过相线电流，往往导致零线过热。 零线电流过大是需要重点讨论的一种现象，造成零线过热的原因就是零线电流过大。零线不同于相线，它没有过流保护装置，因此在电流过大的情况下，不会进行保护，只能任凭发热。变压器过热的情况容易引起维护人员的警觉，并且可以通过增大变压器的容量，或者增加外部散热的方式进行降温。而零线过热的问题往往被维护人员忽略。电缆过热往往是电气火灾的隐患。因此，对于零线过热的情况必须足够重视，不仅需要在平时维护监测中需要观察，必要时可采取一些谐波治理方法来降低风险。 中科仙络咨询服务有限公司成立于2004年，是国内领先的数据中心场地设施技术咨询和专业服务公司，是Uptime中国区首家战略合作伙伴，技术团队拥有多名Uptime认证ATD和ATS工程师。 中科仙络同时也是美国绿色建筑协会（USGBC）的LEED数据中心认证战略合作伙伴。是国内唯一能够同时支持Uptime 及LEED数据中心认证的咨询机构。
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