DQZHAN訊：電網質量對數據中心的影響
數據中心離不開電，沒有電能數據中心的任何設備都無法運轉，而且數據中心對電能的需**巨大的，一個中型數據中心運行**就要消耗掉十幾萬度的電。很多人只關注數據中心的高能耗問題，想方設法減少數據中心電的使用量，但是都忽略了一個問題，就是電的質量。我國還是一個發展中國家，經濟的大發展需要大量的電力供應，工業負荷也不斷大量增加，如：大型電力電子應用裝置、變頻設備、電氣化鐵道、煉鋼電弧爐、冶金化工設備、高速鐵路、電梯、起重機等，這些工業負荷對整個城市的電網質量都帶來大量的諧波干擾，隨著這些非線性、沖擊性負荷的大量使用，使得電能質量變得更加突出。這些年在城市里很少遇到大面積的停電，但是電壓的波動就時有發生了，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，實際上這時電網的電壓運行在較低的水平，在輸出電流不變的情況下，燈泡的功率就低了，看起來也就不會那么亮了。數據中心里有不少的精密儀器，對電網運行質量較敏感，設備長期在這種供電環境下運行，會大大縮短設備的使用壽命，增加數據中心設備故障率，有時供電的波動也會造成設備無法正常運行，造成業務中斷。

美國曾經做過這樣的實驗，得出一般低壓配電線在14個月內在線發生超出原工作電壓一倍以上的浪涌電壓次數可達到800次，這樣每個月差不多57次，其中超過1000V的浪涌就有300多次，在我國由于電網質量本身就差，出現高浪涌的頻率就更高了。除了電網本身質量對數據中心供電造成了波動，數據中心供電波動也有相當一部分原因來自于雷電，我國也是一個雷電高發地區，數據中心設備的電力線路上很容易遭受到直擊雷和感應雷的沖擊，這樣加劇了電網的波動。當雷擊中高壓電力線路后，經過變壓器耦合到低壓測，進而入侵到數據中心的供電設備上。按照標準要求，一切數據中心里運行的設備必須接地，并具有防雷裝置，避免雷擊。表1列舉了造成電網波動的幾大來源，這樣的電壓波動顯然會對設備造成沖擊，影響設備的正常運行。

表1：造成電網波動的來源

電網除了電壓上的變化，還有不少其它的影響，這些都對數據中心設備電源的運行造成了干擾。歸結起來主要有以下7種情況：

1.跌落。一般是由重載接通、電網電壓低下造成的，這時供電電壓出現了突然的降低。數據中心對設備要求有承受跌落的能力。衡量的標準是電壓跌落的幅度和時間，一般要求電壓跌落至20%額定電壓時，設備能保持正常運行0.625S。這個數據參考了UPS的切換時間，UPS的供電切換時間可以達到幾百毫秒以內，當發生跌落時，可以在UPS將供電從一路切換到另一路的時間內，設備保持正常運行。
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跳閘，又在很短的時間內迅速消除，這個過程往往在幾個毫米內就完成。失電比跌落要嚴酷，相當于在短時間內設備完成沒有供電，只是持續的時間要比跌落短。設備要做到不受失電的影響，就需要設計有一個大電容。在失電發生時，電容接管供電進行短時的放電，維持設備運行，當然具有這樣功能的基本都是承載核心業務、關鍵業務的**設備。

3. 頻率偏移。一般是由發電機不穩定，區域性電網故障導致。造成頻率偏移主要是由于過負荷和發生諧振。頻率質量是電能質量的一個重要指標，國家電力工業技術管理法規規定，大容量電力系統的頻率偏差不得超過正負0.2Hz，而國外都要求不得超過正負0.1Hz。當頻率降低時，無功功率負荷將增大，這將促使電壓水平的下降。頻率過低失，會造成大面積停電。當頻率發生大幅度偏移時，將會影響數據中心設備的正常工作。

4.電氣噪聲。一般是由雷達、無線電信號、工業設備生產的弧光、轉換器和逆變器造成的。數據中心里都是清一色的用電設備，在運行時必然會產生一些非本意用途的無規則的微弱電流、電壓或電磁場等。為了消除這些噪聲對周圍設備的影響，都會要求設備運行時漏電流、電壓不能過大，對設備的漏電流大小也有明確要求。當我們用手觸碰一些設備時，有時會被電到，要么是設備沒有很好的接地，要么是設備的漏電流過大，不符合標準要求。

5.浪涌。一般來自雷電、用電負載突然增加或減少、變壓器抽頭不恰當等。浪涌一般是指電壓向上波動，突然升高。就我國目前的電網質量，這種情況幾乎無法避免，浪涌隨時都可能發生，所以只能從設備上想辦法來應對浪涌，提升設備對浪涌的沖擊能力。

6.諧波失真。一般來自整流、開關負載、開關型電源、調速驅動等。諧波失真是指正常電流波形的一種失真，一般設備可以容忍一定程度的諧波電流，但是當諧波在總負載中所占比例較為明顯時就會出現問題。隨著諧波失真的發生，往往會造成數據中心設備通信錯誤、過熱和硬件受損。

7.瞬變。一般來自雷擊、電源線負載設備的切換、功率因數補償電容的切換、空載電動機的斷開等。電網瞬變的特點是脈沖成群出現、脈沖的重復率高、脈沖波形的上升時間短暫、單個脈沖的能量較低。這種瞬變造成數據中心設備故障的幾率較小，但使設備產生誤動作的情況卻很常見。

以上介紹的這些電網質量問題都會對數據中心設備運行造成**影響，有些是致命的，會給數據中心帶來災難性的后果。既然數據中心無法改變電網的質量，那就要從自身入手，減少電網質量對設備的傷害。首先，數據中心的設備一定要接地，使設備上濾波電路能有效的濾除電網干擾。其次，數據中心設備要遠離載有大電流的導體，產生強電磁場的設備，和一些大功率的非線性負載設備隔開。再次，數據中心設備要增加前級配電保護裝置，增加電能凈化設備，比如調壓器、濾波器、電涌抑制器、UPS不間斷電源。通過這些電能凈化設備消除電網質量對數據中心設備的損害。電網質量對設備的影響往往是潛移默化的，平時很難觀察到，往往都是在設備已經發生了故障后才注意到，所以一定要增加防護措施，讓數據中心設備用上**的電。

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