数据中心柴发系统启机后并列前母排感应电压问题研究

陈晓辉

摘要：柴发系统作为数据中心最后一道电源，应急时能否顺利投入直接影响数据中心的供电可靠性，多柴发并列使用是大型数据中心的常见模式。各柴发在启动后并列前，经高压断路器、高压母排、电压互感器与大地间形成回路，在高压母排上存在一定分压，此电压的存在可能影响首台柴发顺利合闸并网，进而影响其他柴发的找同期并列，本文对母排分压的形成机理、电压过大影响柴发并列的原因进行了分析，并阐述了应对的措施。

关键词：数据中心；柴发系统；高压母排；电压互感器；电压问题

引言

中国证券期货业南方信息技术中心（简称南方中心）是A级大型数据中心，其一号数据中心一期由8台10.5KV柴发（常用功率1800KW）并列作为数据中心的应急电源供电系统，2018年3月份一期柴发启动并机空载试验时，8台柴发启机后首台柴发输出开关未能顺利合闸，导致整体并机失败，检查发现：8台柴发启机后并机前，在柴发配电盘母线PT一次侧（即高压母排）存在最大1000V左右的电压，接近柴发并机控制系统无压判定的整定阈值。母线PT一次侧电压大于无压判定的整定阈值（额定相电压或线电压的10%）时，并机控制系统认为高压母排有压，首台柴发输出开关合闸前与1000V左右电压找同期，柴发输出不能合闸，柴发系统并列失败；母线PT一次侧电压小于无压判定的整定阈值时，首台柴发输出开关合闸前认为母排无压，能顺利合闸，其他柴发调整同期后系统并列成功。

1柴发系统等效分析

柴发系统应急配电盘供货商现场检查电压互感器接线未发现异常，对高压开关柜二次接地情况进行了处理，确保接地良好。南方中心一号数据中心一期8台柴发均为相同厂家生产，柴发铭牌参数如表1所示。

柴发系统启机后并机前的等效电路图如图1所示，未考虑柴发电缆对地电容、高压配电柜内避雷器的影响。

2母排电压分析

柴发系统可以近似看做线性系统，根据叠加定理，PT一次绕组流经的总电流（响应）等于每个独立源单独作用时的响应的叠加，此时所有其他独立源被替换成他们各自的阻抗，以1号柴发为例，其输出电压作为系统的激励，其他柴发输出为零，以柴发阻抗替代，等效电路如图2所示。

根据三相交流电带对称三相负载的特性，以A相为例，其等效电路图如图3所示。

1号柴发单独作为激励的响应：

主要由断口电容（断口绝缘间距、正对面积、真空度等）影响，由电压互感器参数决定。实践证明：在断路器开关没有调整的情况下，供应商将电压互感器更换为阻抗更小的互感器后，单台柴发作为激励时，PT一次的电压响应得到一定程度的降低；此外，在柴发厂家不同意修改柴发并机系统无压判断阈值的情况下，改变柴发的启动时间，每台柴发启动延时顺序递增2S分级启动，减少首台柴发输出开关合闸前矢量叠加数量，PT一次电压叠加值相比同时启动时有所降低。

3结论

南方中心一号数据中心一期柴发启动后并机前母排电压的产生是多个因素共同作用的结果：

1.母排感应电压必然存在，并机前同时达到额定运行条件的柴发数量（矢量叠加数量）、并机前各柴发电压相位的随机性（矢量叠加的相位）、单台柴发作为激励时的响应大小（矢量的大小）是决定感应电压大小的三个关键因素。

2.柴发出口断路器阻抗和PT阻抗间的配合，直接影响单台柴发作为激励时的响应大小（矢量的大小）。

3.通过使用断口阻抗更大的断路器开关或降低PT阻抗值，对减小感应电压有利。

4.通过柴发机组分级启动，减少并机前同时达到额定运行条件的柴发数量（减少叠加数量），对降低感应电压影响有利。

5.通过增大柴发并机控制系统无压判定阈值，使阈值超过首台柴发出口开关合闸前母排最大分压，可以防止母排电压影响柴发系统并列。

参考文献：

[1]陈稀有主编.电路理论基础.第三版[M].北京：高等教育出版社.2007.