数据中心高压配电系统应用方案

数据中心高压配电系统应用方案

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。从电压等级而言，该系统主要会涉及到35kV/10kV/6kV/3kV等电压等级。

1.1 电压选择

1.标准电压

数据中心的高压变配电系统电压主要根据用电容量、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综合考虑决定。

根据国家标准《标准电压》GB/T 156-2007（该标准基本对应IEC60038：2002），我国三相交流系统的标称电压、相关的设备最高电压如下表：

2.送电能力不同电压等级线路由于受制于线路种类和供电距离，其送电的能力也各不相同，如下表：

1.2 高压系统中性点运行方式

电力系统中性点接地是一个比较复杂的综合技术问题，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、继电保护和自动装置的配置及动作状态、系统稳定及接地装置等问题有密切关系。电力系统的中性点系指电力

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，称之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。

电力系统中性点接地方式分为三种：中性点不接地、中性点经阻抗（电阻或消弧线圈）接地以及中性点直接接地等。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。如何确定电力系统中性点接地方式应从供电可靠性、内过电压、对通信线路的干扰、继电保护以及确保人身安全诸方面综合考虑。

基本上，我国电力系统的中性点运行方式范围分布如下图：下面分别讨论三种方式的特点及应用。

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。一般适用于3kV~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。

当电力系统发生单相接地故障时（图例为A相接地），如下图：

①相电压：A相接地时，对地电压为零。而B相对地电压UB′= UB -UA= UBA，与此同时，C相对地电压UC′= UC -UA= UCA.以上公式意味着B、C对地电压由正常运行的相电压升高为线电压。所以电气绝缘应该按照线电压来考虑。

②线电压：A相接地时，线电压没有发生改变，因此三相用电设备不会受到影响。但不允许这种工况长期运行，如果再有一相发生短路形成大的短路电流是不允许的。一般地，单相接地的工况运行时间不超过2小时。

③系统接地电流：A相接地时，系统接地电流为Ia=-（Ib ＋Ic），从而

即单相接地时的接地电容电流为正常运行时的每相对地电容电流的3倍。一般地，如果接地电流在5A以下，当电流经过零值时，电弧就会自然熄灭。如果接地电流大于5A~30A，则有可能形成间歇性电弧；容易引起弧光接地过电压，其幅值可达（2.5~3）Uϕ，将危害整个电网的绝缘安全。

2）中性点经消弧线圈的运行方式

为了防止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及以上系统中时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，能使得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。

非有效接地系统或小电流接地系统的优缺点可总结如下：

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2h，在2h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。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。中性点经消弧线圈的运行方式可相对有效的解决该问题。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。

一般来说，该方式供电可靠性不如电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地方式。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380/220V 系统中一般都采用中性点直接接地方式，主要是从人身安全考虑问题。

该系统的优点是过电压水平和输变电设备所需的绝缘水平较低。这种系统的动态电压升高不超过系统额定电压的80%.该系统缺点是发生单相接地故障时，单相接地电流很大，必然引起断器路跳闸，因而供电可靠性较差。单相接地电流有时会超过三相短路电流，影响断路器分断能力的选择，并对通信线路产生干扰及危险影响。

1.3 高压变配电系统主接线

变配电所高压系统的主接线的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，也称汇流排。

有汇流母线：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。