“雙碳”戰(zhàn)略目標下，數(shù)據(jù)中心迎來了更多發(fā)展機遇，同時也迎來更多挑戰(zhàn)，如何保障持續(xù)穩(wěn)定的電力供應、確保關鍵負載的可靠運行，并兼顧數(shù)字化管理、綠色可持續(xù)轉(zhuǎn)型等等議題成為數(shù)據(jù)中心行業(yè)構建未來領導力的重要關注。
基于此，施耐德電氣聯(lián)合知名媒體、行業(yè)資深從業(yè)者共同打造數(shù)據(jù)中心《Future Talk》系列深度訪談欄目，以多方視角、多維度呈現(xiàn)業(yè)界專家、企業(yè)品牌、上下游合作伙伴對于未來數(shù)據(jù)中心的前瞻洞察與實踐分享，進而賦能數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的長足發(fā)展。
在過去的二十年中，數(shù)據(jù)中心在拓撲結(jié)構以及單點設備的可靠性方面取得了顯著進步。然而，配電系統(tǒng)中的保護選擇性及實現(xiàn)方式，仍然是一個薄弱環(huán)節(jié)。
日前，中訊郵電設計院電源首席工程師楊瑛潔、施耐德電氣配電咨詢專家楊遲、施耐德電氣ETAP高級市場拓展工程師劉佳寧、施耐德電氣數(shù)據(jù)中心架構師張晨光，施耐德電氣數(shù)據(jù)中心行業(yè)市場經(jīng)理馬莉莎等嘉賓，做客數(shù)據(jù)中心《Future Talk》訪談欄目第1期，就“數(shù)據(jù)中心應如何正確面對配電系統(tǒng)的選擇性及實現(xiàn)方式”這一話題展開深入探討。
從左至右依次為：施耐德電氣數(shù)據(jù)中心行業(yè)市場經(jīng)理馬莉莎、中訊郵電設計院電源首席工程師楊瑛潔、施耐德電氣配電咨詢專家楊遲
保護選擇性——
亟需引起重視的必然項
配電系統(tǒng)的保護選擇性，簡單而直白地講，就是要求離故障點最近的上游保護裝置，能夠靈敏的、準確的、按照設定的延時動作，切斷線路上故障。只將停電范圍限制在自身故障的回路上，而不會引發(fā)其他正常運行回路的停電。從而將由于故障而導致的停電范圍限制在最小。
施耐德電氣數(shù)據(jù)中心行業(yè)市場經(jīng)理馬莉莎用實例印證數(shù)據(jù)中心的保護選擇性亟需重視。“如在某超大型數(shù)據(jù)中心，一棟已經(jīng)投運的數(shù)據(jù)中心樓的10kV變電站發(fā)生故障，引發(fā)園區(qū)220kV變電站越級跳閘。雖然這一故障沒有引發(fā)停電，但運維人員壓力巨大，經(jīng)排查后發(fā)現(xiàn)原來是系統(tǒng)的保護定值存在問題，并沒實現(xiàn)完全選擇性，這類事故令人深思?！?/FONT>
中訊郵電設計院電源首席工程師楊瑛潔認為：“數(shù)據(jù)中心往往會忽略精細化的神經(jīng)系統(tǒng)，導致穩(wěn)定性差。這體現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心日常運行可能平穩(wěn)，但一旦遭受檢修、系統(tǒng)切換操作或供電沖擊，就可能會發(fā)生故障?！边x擇性在數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)中非常重要，但實現(xiàn)上下游保護裝置之間的全選擇性，避免越級跳閘并非易事。對于大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心來說，配電系統(tǒng)層級多，運行方式多，就需要更加精細的設計和配置以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
施耐德電氣配電咨詢專家楊遲強調(diào)，確保供電連續(xù)性并實現(xiàn)配電系統(tǒng)內(nèi)的保護選擇性，是數(shù)據(jù)中心安全運行的重要保障。“隨著網(wǎng)絡的廣泛普及和覆蓋，我們所需處理的數(shù)據(jù)量不斷增加，數(shù)據(jù)處理速度也日益加快。這種趨勢在無形中對當前數(shù)據(jù)中心的建設規(guī)模提出越來越高的要求，同時也使得配電系統(tǒng)的運行方式變得越來越多樣化。
他透露，多年前他曾為一家海外知名數(shù)據(jù)中心提供相關的分析工作，用戶在設備采購招標中會明確要求供應商根據(jù)實際設備型號進行短路電流計算、設備選型校驗以及保護定值分析，同時必須實現(xiàn)保護系統(tǒng)上下級全選擇性，并遞交完整的分析報告。楊遲認為，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心近年來也開始越來越重視這個問題，這也與當前數(shù)據(jù)中心發(fā)展特點密切相關。
保護選擇性——
首先需厘清電力脈絡
為了保證數(shù)據(jù)中心的正常運轉(zhuǎn)，要用不同的電源來確保持續(xù)供電。比如用市電、應急發(fā)電機或者接入可再生能源供電，此外，不間斷電源(UPS)也可以從主供線路切到旁路或者維修旁路。
施耐德電氣ETAP高級市場拓展工程師劉佳寧介紹，運行方式的多樣性使得數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)結(jié)構日趨復雜，同時對供電連續(xù)性的穩(wěn)定性提出挑戰(zhàn)。因此，需要重視保護選擇性，以防止小事故引起的大范圍停電。另外，考慮到節(jié)能和電力模塊方式的發(fā)展，設備與電源點的距離越來越接近，導致流過配電設備的短路電流越來越大，我們對相關設備的選型也需要根據(jù)與之調(diào)整。
對于大型數(shù)據(jù)中心而言，由于配電系統(tǒng)層級眾多且運行方式復雜，實現(xiàn)電力系統(tǒng)保護裝置正確動作，避免越級跳閘是一項極具挑戰(zhàn)的任務。因此，數(shù)據(jù)中心規(guī)劃者，在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計階段可以嘗試借助ETAP仿真分析軟件輔助電力系統(tǒng)設計，從而大大減輕工作負擔，通過軟件仿真分析的結(jié)果實現(xiàn)精細化設計。
ETAP是唯一獲得批準可用于核電/高危行業(yè)的電力系統(tǒng)分析軟件，可提供從設計到運維的全生命周期解決方案，從而助力電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。ETAP可以廣泛覆蓋多個行業(yè)領域，包括數(shù)據(jù)中心、電子廠房、石油石化、新能源、鋼鐵冶金等。
借助ETAP電力系統(tǒng)仿真分析軟件，可以輕松快捷地繪制電氣系統(tǒng)單線圖。不僅可以簡化操作流程，更可以通過軟件便捷快速地生成保護定值的時間電流曲線(TCC曲線)，從而直觀地檢查保護設備定值和選擇性是否滿足系統(tǒng)安全運行的要求，通過調(diào)整TCC曲線來優(yōu)化保護定值。此外，ETAP電力系統(tǒng)仿真分析軟件具有良好的數(shù)據(jù)交互性，可以生成仿真計算報告，方便數(shù)據(jù)中心運維人員進行設備信息臺賬式管理。現(xiàn)在，ETAP電力系統(tǒng)仿真分析軟件已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心得到越來越廣泛的應用。
保護選擇性——
需兼顧經(jīng)濟與可靠
在當今市場，用戶在關注數(shù)據(jù)中心供電安全的同時，也更加注重成本效益。配電系統(tǒng)內(nèi)保護選擇性地實現(xiàn)，可能意味著更高的成本，因此用戶需權衡利弊，綜合考慮。
選擇合適的級聯(lián)方案也是降低成本的重要途徑之一。施耐德電氣的級聯(lián)方案獲得了楊瑛潔的青睞，她認為通過優(yōu)化電路連接方式，可以顯著提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時降低設備的維護成本。
在施耐德電氣的級聯(lián)解決方案中，可以讓上下級斷路器在同時檢測到故障電流，并進行分斷過程中，利用上級斷路器的限流技術，讓觸頭在斥開過程中降低流過下游斷路器的短路電流，這種降低短路電流的效果相當于上一級斷路器，成為下游短路電流的一個阻擋物，從而實現(xiàn)對下游斷路器分斷能力要求的降低。
級聯(lián)技術的最大優(yōu)勢在于，允許在下一級設備中安裝分斷能力小于預期短路電流的斷路器，但仍然能夠在給定點安全分斷短路電流，從而降低了成本。這樣，就可以同時滿足設備選型要求并兼顧經(jīng)濟性。
例如，通過級聯(lián)技術，采用極限分斷能力為50kA的NSX100N型斷路器可以替換極限分斷能力為100kA的NSX100H型斷路器，單臺斷路器的采購成本可以下降近40%，這個采購成本差異是相當顯著的。
施耐德電氣數(shù)據(jù)中心架構師張晨光總結(jié)道：“保護選擇性對減少數(shù)據(jù)中心宕機時間、降低數(shù)據(jù)中心運營成本意義重大。施耐德電氣斷路器除了常規(guī)保護選擇性實現(xiàn)方式，還提供了區(qū)域聯(lián)鎖、雙重設定等多種方式來應對不同的使用場景，提高開關的保護選擇性，可以幫助客戶實現(xiàn)配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定與經(jīng)濟性的平衡?！?/FONT>
四大配電隱患，需要正確指導
當前，在我國國內(nèi)已經(jīng)投入建設大量數(shù)據(jù)中心，這些運行中的數(shù)據(jù)中心在一定程度上正面臨運維方面的困擾，或面臨轉(zhuǎn)型改造的挑戰(zhàn)。
經(jīng)過若干年運行后，配電系統(tǒng)中可能存在以下安全隱患：
1、設備老化，長期運行的設備可能存在不同程度的磨損、腐蝕或疲勞，導致其性能下降或失效;
2、絕緣下降，由于環(huán)境因素(如高溫、潮濕)的作用，配電系統(tǒng)的絕緣材料可能發(fā)生劣化，導致電氣性能下降;
3、誤操作，即操作人員的技能水平不足或操作規(guī)程不完善，可能導致誤操作引發(fā)事故;
4、自然災害、外力破壞等外部因素也可能對配電系統(tǒng)造成損害。
對于經(jīng)過改造或設備更換的現(xiàn)場，安全隱患可能更加突出。為此，施耐德電氣提供了配電安全咨詢服務，能幫助客戶排查電氣系統(tǒng)內(nèi)的潛在隱患，并對隱患可能產(chǎn)生的問題進行專業(yè)評估，為客戶提供詳細的報告和建議。
如果用戶對現(xiàn)有配電系統(tǒng)的保護選擇性存在疑慮，或不確定是否具備選擇性，以及選擇性的程度如何，施耐德電氣可提供專門的選擇性分析服務。通過該服務，能夠評估現(xiàn)有保護系統(tǒng)是否滿足使用要求，并針對不滿足的情況提供相應的改進方案。
如今，無論企業(yè)級業(yè)務應用還是個人的娛樂消費，越來越依托數(shù)字化技術來實現(xiàn)。因此對數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運行也有著越來越高的要求。
堅強的供電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心運行核心，這不僅依靠完善的冗余架構，還需要非常重視保護配置、自動控制等系統(tǒng)的配置。在數(shù)據(jù)中心未來的設計和運營過程中，應更加充分借鑒專業(yè)性的指導意見，才能更好滿足保護選擇性的需求，合理配置配電系統(tǒng)和保護裝置，才能確保數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定、可靠、高效運行。
長按圖片中的二維碼
下載數(shù)據(jù)中心白皮書
（施耐德電氣）
