数据中心高压配电系统应用建设方案

数据中心高压配电系统应用建设方案

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：

表6 系统标称电压和设备最高电压

系统标称电压（KV）设备最高电压（KV）

0.22/0.38

0.38/0.66

1/（1.14）

3（3.3） 3.6

6 7.2

10 12

20 24

35 40.5

注1：上述电压均为线电压。

注2：数据中心供电系统涉及的电压等级最高一般不超过35kV。

注3：GB/T 156-2007规定3-6kV不得用于公共配电系统。

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：

表7 各级电压线路送电能力（数据来源：《工业与民用配电设计手册》，第三版）

标称电压

（kV）线路种类送电容量

（MW）

供电距离

（kM）

6 架空线0.1-1.2 15—4

6 电缆 3 3以下

10 架空线0.2-2 20—6

10 电缆 5 6以下

35 架空线2-8 50—20

35 电缆15 20以下

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：

图9 我国电力系统的中性点运行方式范围分布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。

图10 中性点不接地系统正常运行的电路图和相量图

正常运行时：U A＋U B＋U C＝0；I A＋I B＋I C＝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：

图11 单相接地时中性点不接地系统电路

图和相量图

① 相电压：A 相接地时，对地电压为零。而B 相对地电压U B ′= U B –U A = U BA ，与此同时，C 相对地电压U C ′= U C –U A = U CA 。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

0.33333a C

c C c A C I X U X U I Ia =='== 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）U ，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。

图12 单相接地时中性点经消弧线圈接地系统电路图和相量

图

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：