電網(wǎng)質(zhì)量對(duì)數(shù)據(jù)中心的影響
數(shù)據(jù)中心離不開電,沒有電能數(shù)據(jù)中心的任何設(shè)備都無法運(yùn)轉(zhuǎn),而且數(shù)據(jù)中心對(duì)電能的需求是巨大的,一個(gè)中型數(shù)據(jù)中心運(yùn)行一天就要消耗掉十幾萬度的電。很多人只關(guān)注數(shù)據(jù)中心的高能耗問題,想方設(shè)法減少數(shù)據(jù)中心電的
數(shù)據(jù)中心離不開電,沒有電能數(shù)據(jù)中心的任何設(shè)備都無法運(yùn)轉(zhuǎn),而且數(shù)據(jù)中心對(duì)電能的需求是巨大的,一個(gè)中型數(shù)據(jù)中心運(yùn)行一天就要消耗掉十幾萬度的電。很多人只關(guān)注數(shù)據(jù)中心的高能耗問題,想方設(shè)法減少數(shù)據(jù)中心電的使用量,但是都忽略了一個(gè)問題,就是電的質(zhì)量。我國(guó)還是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家,經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展需要大量的電力供應(yīng),工業(yè)負(fù)荷也不斷大量增加,如:大型電力電子應(yīng)用裝置、變頻設(shè)備、電氣化鐵道、煉鋼電弧爐、冶金化工設(shè)備、高速鐵路、電梯、起重機(jī)等,這些工業(yè)負(fù)荷對(duì)整個(gè)城市的電網(wǎng)質(zhì)量都帶來大量的諧波干擾,隨著這些非線性、沖擊性負(fù)荷的大量使用,使得電能質(zhì)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(dòng)就時(shí)有發(fā)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(shí)際上這時(shí)電網(wǎng)的電壓運(yùn)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(huì)那么亮了。數(shù)據(jù)中心里有不少的精密儀器,對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量較敏感,設(shè)備長(zhǎng)期在這種供電環(huán)境下運(yùn)行,會(huì)大大縮短設(shè)備的使用壽命,增加數(shù)據(jù)中心設(shè)備故障率,有時(shí)供電的波動(dòng)也會(huì)造成設(shè)備無法正常運(yùn)行,造成業(yè)務(wù)中斷。
美國(guó)曾經(jīng)做過這樣的實(shí)驗(yàn),得出一般低壓配電線在14個(gè)月內(nèi)在線發(fā)生超出原工作電壓一倍以上的浪涌電壓次數(shù)可達(dá)到800次,這樣每個(gè)月差不多57次,其中超過1000V的浪涌就有300多次,在我國(guó)由于電網(wǎng)質(zhì)量本身就差,出現(xiàn)高浪涌的頻率就更高了。除了電網(wǎng)本身質(zhì)量對(duì)數(shù)據(jù)中心供電造成了波動(dòng),數(shù)據(jù)中心供電波動(dòng)也有相當(dāng)一部分原因來自于雷電,我國(guó)也是一個(gè)雷電高發(fā)地區(qū),數(shù)據(jù)中心設(shè)備的電力線路上很容易遭受到直擊雷和感應(yīng)雷的沖擊,這樣加劇了電網(wǎng)的波動(dòng)。當(dāng)雷擊中高壓電力線路后,經(jīng)過變壓器耦合到低壓測(cè),進(jìn)而入侵到數(shù)據(jù)中心的供電設(shè)備上。按照標(biāo)準(zhǔn)要求,一切數(shù)據(jù)中心里運(yùn)行的設(shè)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(wǎng)波動(dòng)的幾大來源,這樣的電壓波動(dòng)顯然會(huì)對(duì)設(shè)備造成沖擊,影響設(shè)備的正常運(yùn)行。
表1:造成電網(wǎng)波動(dòng)的來源
電網(wǎng)除了電壓上的變化,還有不少其它的影響,這些都對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)備電源的運(yùn)行造成了干擾。歸結(jié)起來主要有以下7種情況:
1.跌落。一般是由重載接通、電網(wǎng)電壓低下造成的,這時(shí)供電電壓出現(xiàn)了突然的降低。數(shù)據(jù)中心對(duì)設(shè)備要求有承受跌落的能力。衡量的標(biāo)準(zhǔn)是電壓跌落的幅度和時(shí)間,一般要求電壓跌落至20%額定電壓時(shí),設(shè)備能保持正常運(yùn)行0.625S。這個(gè)數(shù)據(jù)參考了UPS的切換時(shí)間,UPS的供電切換時(shí)間可以達(dá)到幾百毫秒以內(nèi),當(dāng)發(fā)生跌落時(shí),可以在UPS將供電從一路切換到另一路的時(shí)間內(nèi),設(shè)備保持正常運(yùn)行。
2.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(guān)跳閘,又在很短的時(shí)間內(nèi)迅速消除,這個(gè)過程往往在幾個(gè)毫米內(nèi)就完成。失電比跌落要嚴(yán)酷,相當(dāng)于在短時(shí)間內(nèi)設(shè)備完成沒有供電,只是持續(xù)的時(shí)間要比跌落短。設(shè)備要做到不受失電的影響,就需要設(shè)計(jì)有一個(gè)大電容。在失電發(fā)生時(shí),電容接管供電進(jìn)行短時(shí)的放電,維持設(shè)備運(yùn)行,當(dāng)然具有這樣功能的基本都是承載核心業(yè)務(wù)、關(guān)鍵業(yè)務(wù)的高端設(shè)備。
3. 頻率偏移。一般是由發(fā)電機(jī)不穩(wěn)定,區(qū)域性電網(wǎng)故障導(dǎo)致。造成頻率偏移主要是由于過負(fù)荷和發(fā)生諧振。頻率質(zhì)量是電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),國(guó)家電力工業(yè)技術(shù)管理法規(guī)規(guī)定,大容量電力系統(tǒng)的頻率偏差不得超過正負(fù)0.2Hz,而國(guó)外都要求不得超過正負(fù)0.1Hz。當(dāng)頻率降低時(shí),無功功率負(fù)荷將增大,這將促使電壓水平的下降。頻率過低失,會(huì)造成大面積停電。當(dāng)頻率發(fā)生大幅度偏移時(shí),將會(huì)影響數(shù)據(jù)中心設(shè)備的正常工作。
4.電氣噪聲。一般是由雷達(dá)、無線電信號(hào)、工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)的弧光、轉(zhuǎn)換器和逆變器造成的。數(shù)據(jù)中心里都是清一色的用電設(shè)備,在運(yùn)行時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生一些非本意用途的無規(guī)則的微弱電流、電壓或電磁場(chǎng)等。為了消除這些噪聲對(duì)周圍設(shè)備的影響,都會(huì)要求設(shè)備運(yùn)行時(shí)漏電流、電壓不能過大,對(duì)設(shè)備的漏電流大小也有明確要求。當(dāng)我們用手觸碰一些設(shè)備時(shí),有時(shí)會(huì)被電到,要么是設(shè)備沒有很好的接地,要么是設(shè)備的漏電流過大,不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
5.浪涌。一般來自雷電、用電負(fù)載突然增加或減少、變壓器抽頭不恰當(dāng)?shù)取@擞恳话闶侵鸽妷合蛏喜▌?dòng),突然升高。就我國(guó)目前的電網(wǎng)質(zhì)量,這種情況幾乎無法避免,浪涌隨時(shí)都可能發(fā)生,所以只能從設(shè)備上想辦法來應(yīng)對(duì)浪涌,提升設(shè)備對(duì)浪涌的沖擊能力。
6.諧波失真。一般來自整流、開關(guān)負(fù)載、開關(guān)型電源、調(diào)速驅(qū)動(dòng)等。諧波失真是指正常電流波形的一種失真,一般設(shè)備可以容忍一定程度的諧波電流,但是當(dāng)諧波在總負(fù)載中所占比例較為明顯時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問題。隨著諧波失真的發(fā)生,往往會(huì)造成數(shù)據(jù)中心設(shè)備通信錯(cuò)誤、過熱和硬件受損。
7.瞬變。一般來自雷擊、電源線負(fù)載設(shè)備的切換、功率因數(shù)補(bǔ)償電容的切換、空載電動(dòng)機(jī)的斷開等。電網(wǎng)瞬變的特點(diǎn)是脈沖成群出現(xiàn)、脈沖的重復(fù)率高、脈沖波形的上升時(shí)間短暫、單個(gè)脈沖的能量較低。這種瞬變?cè)斐蓴?shù)據(jù)中心設(shè)備故障的幾率較小,但使設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作的情況卻很常見。
以上介紹的這些電網(wǎng)質(zhì)量問題都會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)備運(yùn)行造成不良影響,有些是致命的,會(huì)給數(shù)據(jù)中心帶來災(zāi)難性的后果。既然數(shù)據(jù)中心無法改變電網(wǎng)的質(zhì)量,那就要從自身入手,減少電網(wǎng)質(zhì)量對(duì)設(shè)備的傷害。首先,數(shù)據(jù)中心的設(shè)備一定要接地,使設(shè)備上濾波電路能有效的濾除電網(wǎng)干擾。其次,數(shù)據(jù)中心設(shè)備要遠(yuǎn)離載有大電流的導(dǎo)體,產(chǎn)生強(qiáng)電磁場(chǎng)的設(shè)備,和一些大功率的非線性負(fù)載設(shè)備隔開。再次,數(shù)據(jù)中心設(shè)備要增加前級(jí)配電保護(hù)裝置,增加電能凈化設(shè)備,比如調(diào)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(shè)備消除電網(wǎng)質(zhì)量對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)備的損害。電網(wǎng)質(zhì)量對(duì)設(shè)備的影響往往是潛移默化的,平時(shí)很難觀察到,往往都是在設(shè)備已經(jīng)發(fā)生了故障后才注意到,所以一定要增加防護(hù)措施,讓數(shù)據(jù)中心設(shè)備用上安全的電。
責(zé)任編輯:葉雨田
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