数据中心—供配电系统2

供配电系统2

一、概述

数据中心高压变配电系统是数据中心供配电系统联系市电供电网络和用户的中间环节，它起着变换和分配电能的作用，主要分为35kV/10kV/ 6kV/3kV等电压等级。

二、设计标准

数据中心高压变配电系统的设计规范：

（1）《数据中心设计规范》（GB 50174—2017）。

（2）《供配电系统设计规范》（GB 50052—2009）。

（3）《20kV及以下变电所设计规范》（GB 50053—2013）。

（4）《35～110kV 变电所设计规范》（GB 50059—2011）。

（5）《3～110kV高压配电装置设计规范》（GB 50060—2008）。

（6）《民用建筑电气设计规范（附条文说明［另册］）》（JGJ 16—2008）。

（7）《标准电压》（GB/T 156—2017）。

（8）《电能质量　供电电压偏差》（GB/T 12325—2008）。

三、电压选择

（一）标准电压

数据中心高压变配电系统应综合考虑用电容量、用电容量、用电设备特性、供电距离、供电线路的回路数、当地公共电网现状及其发展现状等因素。数据中心供电系统涉及的电压等级最高一般不超过35kV。

（二）送电能力

不同电压等级线路送电能力受制于线路种类和供电距离。

（三）配电电压选择和发展趋势

配电电压的高低取决于供电电压、用电设备的电压，以及配电范围、负荷大小和分布情况等。数据中心多采用10kV和35kV配电电压。10kV系统是当前数据中心接触到最多的高压变配电系统，相对而言，很少见到6kV系统，其原因主要有以下几方面：

1、10kV系统相比较于6kV系统能够提供更大的负荷容量。

2、在配电线路方面，在同样的输送功率和输送距离的条件下，配电电压越高，线路电流越小，因而线路所采用的导线或电缆截面积越小，从而可降低线路的初期投资和金属消耗量，且可减少线路的电能损耗和电压损耗。

3、在开关设备的投资方面，实际使用的6kV开关设备的型号规格与10kV的基本相同，因此在这方面10kV方案不会比6kV方案增加多少。

4、在供电的安全性和可靠性方面，采用6kV系统和10kV系统差别不大。

5、在适应性方面，10kV系统优于6kV系统。

四、高压系统中性点运行方式

(一）简述

电力系统中性点是指电力系统三相交流发电机、变压器接成星形的公共点，而电力系统中性点与大地间的电气连接方式，称为电力系统中性点接地方式。电力系统中性点接地方式是保证系统运行、系统安全、经济有效运行的基础。

（二）分类

电力系统中性点接地方式分为3种：中性点不接地、中性点经阻抗（电阻或消弧线圈）接地及中性点直接接地。前两种被称为非有效接地系统或小电流接地系统，后一种被称为有效接地系统或大电流接地系统。

1、中性点不接地的运行方式

中性点不接地的运行方式，即电力系统供电电源的中性点不与大地相连接，适用于3～63kV的电力系统。正常运行时：UA+UB+UC=0，IA+IB+IC=0。三相电压对称，三相导线对地电容电流也是对称的，三相电容电流相量之和为零，这说明没有电容电流经过大地流动。

2、中性点经消弧线圈的运行方式

为防止3～63kV电网单相接地短路时在接地点产生断续电弧，引起过电压，因此在单相接地电容电流IC大于一定值（3～10kV系统中IC大于30A，20kV及以上系统中IC大于10A）时，电力系统的电源中性点必须采用经消弧线圈接地的运行方式。中性点经消弧线圈接地（谐振接地）是在系统中性点加一特殊电抗器接地的电力系统，消弧线圈是一个具有铁芯的电感线圈，其阻值小、电抗很大。当发生单相接地故障时，可产生一个电感电流，此值与电容电流值相近、方向相反，因此可对电容电流进行补偿。如果消弧线圈选用合适，能使接地电流小于最小生弧电流，那么电弧就不会产生，也不会产生谐振过电压。

3、中性点直接接地的运行方式

中性点和大地有紧密联系的电力系统中，无论是中性点直接接地，还是经小电阻接地，均需满足系统的零序电抗（X0）和正序电抗（X1）的比值（X0/X1）≤3，零序电阻（r0）和正序电抗（X1）的比值（r0/X1）≤1的条件。为提高供电可靠性，在线路上广泛安装三相或单相自动重合闸装置。电气设备的绝缘水平只需按电力网的相电压考虑，可以降低工程造价。我国380V/220V系统中一般都采用中性点直接接地方式，主要是从人身安全角度考虑问题。

五、高压变配电系统主接线

变配电所高压系统的主接线基本形式通常分为有汇流母线和无汇流母线两大类。汇流母线主要起汇集和分配电能的作用。

有汇流母线分为：单母线、单母线分段、双母线、双母线分段；增设旁路母线或旁路隔离开关、一倍半断路器接线、变压器母线组接线等。

无汇流母线：单元接线、桥形接线、角形接线等。

六、高压配电一次接线典型方案

（一）一路供电电源、一台变压器的10kV变电所

变压器一次侧采用线路-变压器组单元接线，二次侧采用单母线接线。

1、变压器一次侧采用线路一变压器组单元接线，二次侧采用单母线接线。

2、设专用电能计量柜，柜中设专用的、精度等级为0.2级的互感器（CT）（该互感器不得与保护、测量回路共用）。

3、高压侧设置电压测量柜以测量、监视电压，并提供交流操作电源。

4、变压器的控制及保护采用负荷开关与熔断器组合电器，而未采用高压断路器，以降低投资和简化二次接线。

5、低压进线总开关和低压出线开关均采用低压断路器，可带负荷操作且恢复供电快。

6、变电所的负荷无功补偿采用低压母线集中补偿方式，选用低压成套无功自动补偿装置，与其他低压开关柜并排安装。

（二）一路供电电源、两台或以上变压器的10kV变电所

1、10kV侧采用单母线接线。

2、高压开关柜采用户内金属铠装移开式开关柜，柜内配置真空断路器。

3、高压侧设有专用电能计量柜和电压测量柜。

4、低压侧采用单母线分段接线。

5、低压开关柜采用GCK低压抽出式柜。

6、两台变压器互为备用运行方式，正常运行时，低压母联断路器断开。

（三）两路供电电源的10kV变电所

变电所有两路外供电源供电。

1、变压器一次侧采用单母线分段接线，二次侧也采用单母线分段接线。

2、两路电源均设置电能计量柜。

3、备用电源的投入方式可采取手动投入，也可采取自动投入。

4、低压进线柜放置在中间，而低压出线则放置在两侧，以便于扩建时添加出线柜。

六、不同规模数据中心的高压变配电系统构成

不同规模的数据中心具有不同的高压变配电系统构成，从高压供配电系统的角度出发，可以大体上分为超大型数据中心、大型数据中心、中型数据中心和小型数据中心4类。

（一）超大型数据中心

超大型数据中心的总负荷在10 000 kW·h以上，电源进线电压一般为35～110kV，经过两次降压。一般设置总降压变电所，先把35～110kV电压降为6～10kV，然后将6～10kV电压降为一般低压用电设备所需的电压（220V/380V）。

（二）大型数据中心

大型数据中心的总负荷在1 000～10000kW·h，电源进线电压一般为6～10kV。先由高压配电所集中，再由高压配电线路将电能分配给各功能变压器。低压配电母线可按照不同可靠性选择不同的接线方式。

（三）中型数据中心

中型数据中心的总负荷在200～1 000kW·h，降压变电所的数量较少，将6～10kV电压降为电压用电设备所需要的电压。

（四）小型数据中心

小型数据中心的总负荷低于200kW·h，在这种情况下，采用220V/380V低压配电就可以满足设备的供配电需求。