数据中心对高压柴发电机系统有何要求？

数据中心为了确保供电的可靠性，广泛采用高压柴油发电机作为备用电源。高压柴油发电系统与低压系统在中性点接地方面有所不同，其接地包括系统接地和保护接地部分。系统接地指高压柴油发电机的功能接地，保护接地指高压单相接地故障的电击防护。

为了深入了解数据中心高压柴油发电机系统接地方式的选择，本刊特地采访了中国昆仑工程有限公司顾问总工李道本，请他就相关问题予以解答。

数据中心有何供电要求？

电气应用：感谢李总百忙之中接受我刊的采访！请问李总数据中心对于供电有哪些要求？

李道本：GB 50174—2017《数据中心设计规范》对于数据中心分级规定了应划分为A、B和C三级。

A级数据中心的基础设施宜按容错系统配置，在电子信息系统运行期间，基础设施应在一次意外事故后，或单系统设备维护或检修时，仍能保证电子信息系统正常运行。

B级数据中心的基础设施应按冗余要求配置，在电子信息系统运行期间，基础设施在冗余能力范围内，不得因设备故障而导致电子信息系统运行中断。

C级数据中心的基础设施应按基本需求配置，在基础设施正常运行情况下，应保证电子信息系统运行不中断。规范还要求A级数据中心应由双重电源供电，并应设置备用电源。备用电源宜采用独立于正常电源的柴油发电机组。当正常电源发生故障时，备用电源应能承担数据中心正常运行所需要的用电负荷。

目前数据中心的正常电源一般由公用电网按重要客户提供两路电源供电，柴油发电机根据数据中心的分类采用N、N+1配置，从电源配置角度出发实现A级数据中心机房的容错要求。

目前数据中心广泛采用柴油发电机组作为公用电网的备用电源系统。随着数据中心用电设备的增加，因低压配电成套装置母线等因素，使高压柴油发电机组得到广泛应用。

柴油发电机组接地方式选择

电气应用：请问李总对于在数据中心应用的高压柴油发电机组中性点接地问题应如何考虑？

李道本：发电系统中性点接地是一综合技术问题，它与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护、自动装置的配置、动作状态、系统稳定及接地装置等问题有密切关系。

高压柴油发电机系统的接地方式有中性点不接地、中性点经电阻接地（按电阻值分为低电阻接地和高电阻接地）和中性点经消弧线圈接地（谐振接地）。

非有效接地系统与有效接地系统优缺点的比较如下。

非有效接地系统优点：

1）供电可靠性高。由于系统单相接地时，没有形成电源的短路回路，而是经过三相线路的对地电容形成的电流回路，回路中通过的电容电流较小，达不到继电保护装置的动作电流值，故障线路不跳闸，只发出接地报警信号。有关电力规程规定系统可带单相接地故障点运行2 h，在2 h内排除了故障就可以不停电，从而提高了供电可靠性。

2）单相接地时，不易造成或轻微造成人身和设备安全事故。

非有效接地系统缺点：

1）因系统单相接地故障时，非故障相对地电压升高到正常时的3倍，因此系统的绝缘水平应按线电压设计。由于电压等级较高的系统中，绝缘费用在设备总价格中占有较大的比重，所以此种接地方式对电压较高的系统不适用。

2）单相接地时，易出现间歇性电弧引起的谐振过电压，幅值可达电源相电压的2.5～3倍，足以危及整个网络的绝缘。

有效接地系统或大电流接地系统优点包括：系统过电压水平和输变电设备所需的绝缘水平较低。系统的动态电压升高不超过系统额定电压的80%，在高电压电网中采用此种接地方式可降低设备及线路造价，有显著的经济效益。

有效接地系统或大电流接地系统缺点：单相接地故障时，单相接地电流很大，致使断路器跳闸，影响供电可靠性。由于单相短路电流有可能超过三相短路电流，影响对断路器的分断能力的选择，且对通信线路产生干扰。

中性点接地方式的适用范围如下。

1）单相故障接地电流不大于规定值时，宜采用中性点不接地方式，或经消弧线圈接地方式。

2）10kV的电子系统，单相接地故障电流较小时，为防止谐振、间歇性电弧接地过电压对设备的损害，可采用经高电阻接地方式。

3）非有效接地系统根据保护选择性需要设定单相接地电流跳闸值，可采用经高电阻接地方式。

电气应用：请问李总数据中心高压柴油发电机系统中性点接地方式应如何进行选择？

李道本：数据中心高压柴油发电机系统中性点接地宜与正常电源系统接地一致。

数据中心10 kV配电站一般按公用电网作为正常电源来设计，接入的10 kV电源其系统接地是由上级公用电网的35～110 kV区域变电站确定的，即公用电网10 kV系统接地为中性点经消弧线圈接地方式，或中性点经低电阻接地方式。

数据中心10 kV配电站的设计必须依据电力系统的系统接地来设计高压配电装置系统的一次及二次线。根据现行国家标准设计规范的要求，采用中性点经消弧线圈接地方式，其馈出线路装设过电流保护即可；当采用中性点经低电阻接地系统时，除馈出线路装设过电流保护，其进线和馈出回路还需设置零序电流保护。鉴于系统接地的不同，其设计要求也不同。高压柴油发电系统作为正常电源的公用电网的备用系统，数据中心10 kV配电站系统设计应综合考虑正常电源的公用电网与备用电源的高压柴油发电系统在继电保护方面的共用问题。

正常电源失电，改由高压柴油发电设备来供电后，高压柴油发电系统的中性点接地方式就是供电系统的接地方式。

若高压柴油发电系统的中性点接地方式与公用电网的系统接地做法一致，则继电保护系统不需要改变，方便了正常电源与备用电源系统的转换。例如同为中性点经低电阻接地方式；或正常电源为经消弧线圈接地方式与备用电源系统同为非有效接地系统时。

数据中心高压柴油发电系统宜依据系统的单相接地故障电容电流确定其电源中性点接地方式。

电网中的单相接地电容电流由电力线路和电力设备（同步发电机、大容量同步电动机及变压器等）两部分的电容电流组成，但是电力设备的电容电流比线路的电容电流小得多，故一般工程设计中忽略不计。

《工业与民用配电设计手册第三版》提供了电缆线路的单相接地电容电流的估算公式为Ic=0.1UrL。式中，Ur为线路额定线电压，kV；L为线路长度，km；Ic为接地电容电流。架空线路的单相接地电容电流的估算公式Ic=UrL/350。10 kV变电站增加的接地电容电流值16%，可以估算出单相接地电容电流。由《工业与民用配电设计手册第三版》可以查得10 kV电缆线路的以下各截面积电缆每千米接地电容电流的平均值，例如：70 mm2是0.09 A/km，95 mm2是1.0 A/km，120 mm2是1.1 A/km，150 mm2是1.3 A/km，185 mm2是1.4 A/km。

以北京电网城区为例，110 kV变电站10/110 kV主变压器一般单台容量为50 MV·A，其系统接地为中性点低电阻接地方式，采用电缆向用户供电。但数据中心用户的10 kV电气设备及电缆数量有限，其单相接地故障电容电流一般超过30 A或100 A的可能性不大。若依照单相接地故障电容电流来选择柴油发电系统的接地方式，则宜选择中性点不接地系统或经消弧线圈接地方式。

北京城区电网供电的数据中心其10 kV配电站按照系统接地为中性点经低电阻接地系统来设计，柴油发电系统的系统接地也采用中性点经低电阻接地方式，对继电保护部分不作修改，其供电可靠性不变，技术经济合理。

公用电网的系统接地是中性点经消弧线圈接地方式，高压柴油发电系统中性点采用经高电阻接地方式需通过技术经济比较来确定。

若公用电网的系统接地是中性点经消弧线圈接地方式，数据中心的高压柴油发电系统替代公用电网供电，其单相接地电容电流不超过30 A或100 A时，宜选择中性点不接地系统，或采用中性点经消弧线圈接地方式。

高压柴油发电系统的中性点不接地及经消弧线圈接地方式，与采用中性点经高电阻接地方式同为非有效接地系统，供电可靠性可以得到保证，但中性点接地方式采用经高电阻接地较中性点不接地系统，在初期投资和以后的运维成本要大。中性点不接地或经消弧线圈接地在实现继电保护选择性方面较困难，公用电网系统接地为经消弧线圈接地方式时，选择高压柴油发电系统中性点经高电阻接地方式需通过技术经济比较来确定。

公用电网系统接地是中性点经消弧线圈接地方式，高压柴油发电系统接地不推荐采用中性点经低电阻接地方式。

中性点采用经消弧线圈接地方式可带单相接地故障点运行2 h，在2 h内排除了故障就可以不停电。而经低电阻接地方式在发生单相接地故障时，因单相接地电流很大，致使断路器跳闸，影响供电可靠性。显然经消弧线圈接地较经低电阻接地方式系统供电可靠性高。虽然10 kV配电装置中已普遍采用综合保护器（数字式保护继电器），实现零序电流、零序电压的监视、控制很容易，但没有必要采用影响供电可靠性的方案，所以公用电网系统接地为中性点经消弧线圈接地方式，高压柴油发电系统的系统接地不推荐采用经低电阻接地方式。

依据国家现行标准，对于数据中心中高压柴油发电系统的功能接地方式提出下列建议供同行参考。

1）高压柴油发电机系统供电时的系统接地方式应根据单相接地故障电容电流值来确定。

2）高压柴油发电机系统供电时，其系统接地方式宜与公用电网的系统接地方式一致，即公用电力网系统接地为中性点经消弧线圈接地方式时，高压柴油发电机系统的功能接地方式应采用中性点经消弧线圈接地方式或不接地方式；公用电力网系统接地为中性点经低电阻接地方式时，高压柴油发电机系统的功能接地方式应采用中性点经低电阻接地方式。

3））公用电力网系统接地为经消弧线圈接地方式时，高压柴油发电机系统的功能接地方式通过技术经济比较合理时，可采用中性点经高阻抗接地方式。

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