某數據中心中壓供電系統測試探究

摘要：數據中心驗證測試是數據中心建設的重要環節，是檢驗數據中心設施安全性、可靠性、冗余能力和承載能力的一個重要的手段。該文以某數據中心為例，通過驗證測試，探索數據中心中壓系統二次控制檢測、單項系統和聯動測試過程，以資同類項目參考。

關鍵詞：數據中心；驗證測試；供配電

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.11.009

中圖分類號：TP 308" " " " " " " " "文獻標志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）11-00-04

Exploration into the Testing of Medium Voltage Power Supply System in a Data Center

HU Shuangquan

（Shenzhen Xinneng Electric Power Development and Design Institute Co.， Ltd.， Shenzhen 518100， China）

Abstract： Data center verification testing is an important part of data center construction， and is an important means of testing the security， reliability， redundancy， and carrying capacity of data center facilities. This article takes a data center as an example to explore the secondary control detection， single system and linkage testing process of the medium voltage system in the data center through verification testing， for reference of similar projects.

Keywords： data center; verification testing; power supply and distribution

數據中心作為信息化數據處理的基礎設施，穩定、可靠且高效的供配電系統是確保其數據處理和存儲任務順利完成的關鍵。為了確保數據中心的穩定運行，檢測供電設備和方案的可靠性至關重要。本文對某數據中心機房供電設備驗證檢測流程、目的和過程等方面進行說明。

1" "項目概況

某數據中心擴建項目是支撐數字綜合改革試點、助推新型智慧城市的重點工程，用地面積約1 727 ㎡，建筑面積11 200 ㎡，包括數據機房、配電房及其相應配套附屬用房。一類高層公共建筑按A級數據中心標準設計，立體式數據中心模式布局，機柜數926個，單機柜功率5 kW。配電設備布置于二層及六層，設2臺

2 000 kVA變壓器為大樓常規設施供電，6臺2 500 kVA變壓器為項目數據機柜供電，3路市政電源，采用兩用一備方式運行。自備應急電源設6臺2 200 kW中壓柴油發電機，安裝在首層柴發室，2N模式運行，設兩套中壓ATS切換裝置。

2" "中壓系統支運行控制邏輯

該數據中心擴建項目由兩個不同變電站供電，其中第二、第三路電源來自同一變電站。第一路電源及第二路電源為常用電源，第三路電源為備用電源。中壓控制邏輯如下：

（1）當第一路電源或第二路電源斷電時，由中壓母聯開關選擇自動投入第三路備用電源，并啟動一組備用中壓柴油發電系統，處于油機待投狀態。

（2）當3路電源中有兩路電源斷電時，市電電源帶載一路負荷，投入一組備用中壓柴油發電機負載原市電的另一路負荷，另一組柴油發電機處于油機待投狀態。

（3）當三條市電均斷電時，投入兩組6臺中壓柴油發電機負載全部負荷。

3" "邏輯驗證測試的目的及準備工作

3.1 中壓系統邏輯驗證測試的目的

依照《數據中心設計規范》《數據中心基礎設施施工及驗收規范》《數據中心場地基礎設施認證技術規范》中A等級機房的標準，通過模擬各種電力故障場景的中壓系統邏輯測試，來驗證設備的安裝質量及功能，發現并消除設計安裝缺陷，確保各子系統功能以及子系統之間的聯動控制達到設計要求。測試在異常情況下能否迅速、準確地切換備用電源，能否在關鍵時刻為用電設備提供穩定的電力，以滿足設備的可靠安全穩定運行需求。

通過驗證測試，對運維人員實操水平進行檢測，對應急方案相關可行性、有效性進行驗證。

3.2 中壓配電測試流程

測試條件→施工準備→二次回路及配電、保護裝置絕緣試驗→二次回路檢查→斷路器、保護裝置測試→單系統測試→中壓配電聯動測試→收集整理資料移交。

3.3 測試前應具備的施工條件及準備工作

（1）編制測試方案，經施工單位技術負責人、監理、建設單位審核批準后對相關人員進行交底。

（2）根據該項目作業任務、施工條件，開展安全風險評估，確定風險等級及控制措施，交底并將安全措施落實到各作業任務和步驟中[1]。

（3）測試儀器儀表應經有資質的機構校驗合格，并在有效期內。

（4）進入施工范圍的所有工作人員正確使用勞保用品和著裝，應急物資按方案要求準備齊全，應急預案交底并完成預演。

（5）測試區域分隔標識，通道暢通，環境溫濕度滿足設備運行要求，現場照明充足，清理無關人員，做好現場施工防護圍蔽及警示措施。

（6）對上一工序工作進行檢查，并確認合格。

4" "二次回路檢查測試

4.1 中壓柜二次回路絕緣試驗

（1）用絕緣電阻表測量二次回路絕緣電阻，每一電源回路等均不應小于0.5 MΩ。

（2）在保護端子處將所有的電流、電壓、直流回路的端子連接在一起，將回路的接地點斷開，測量對地的絕緣電阻，信號回路測量電纜對地及對其他各芯間的絕緣電阻，其絕緣不小于2 MΩ。

（3）進行絕緣測量時，必須將被測設備斷開，驗明無電壓，確實設備無人工作，方可進行。測量過程中禁止他人接近設備。絕緣測量前后，必須將設備對地放電。

（4）二次回路有電子元器件的，試驗前將插件拔出，或者短接。測量后，插入插件并檢驗無誤，方可進行通電檢驗步驟。

4.2 電壓、電流互感器試驗

（1）檢查電流互感器銘牌參數是否完整，確認變比、容量、標準等級與設計要求相符。

（2）測量互感器二次繞組的絕緣電阻時，應使用2 500 V絕緣電阻表分別對外殼和二次繞組進行測量。

（3）測繪電流互感器的勵磁特性曲線，應測到飽和點以上。

（4）校驗電流互感器的極性，核對銘牌上的極性標識，按設計文件檢查互感器各次繞組的連接方式及其極性關系、相別標示。校驗電流互感器的變比。

（5）校驗電壓互感器的極性，結果應與銘牌及設計要求相符。

4.3 二次回路檢查

（1）電流二次回路禁止開路，電壓二次回路禁止短路。

（2）電流回路應采用額定電壓不低于500 V的銅芯絕緣導線，其截面積不小于2.5 mm2，其他回路采用截面不小于1.5 mm2的絕緣導線。

（3）電流互感器二次繞組N線、電壓互感器二次回路中性點必須使用截面積不小于4 mm2的多股銅線一點接地。

（4）由直流屏送出控制、保護、信號電源等，送出順序是從上往下、從總到分支，先從直流屏送出，再往下送，有異常情況應即刻斷開空氣開關。

（5）送電正常后，斷開每個支路回路的空氣開關，檢查是否有寄生回路。

（6）檢驗斷路器控制，應該首先確認斷路器機械分合及手動儲能正常，各個狀態指示正常，然后才能進行電動操作。可采用在長時間內一直手合斷路器操作手柄，同時模擬故障跳閘，斷路器由合閘位置跳開直至儲能完成后，斷路器不能再次合閘的方法，檢驗斷路器防跳回路是否正常。

（7）調節直流母線電壓至額定電壓的80%，檢查斷路器的分合閘是否正常。

（8）檢查相關聲光信號，應能正常動作。

4.4 繼電器、保護裝置調試

（1）檢查繼電保護裝置，外觀應無嚴重灰塵，無損傷；連接片、手柄、按鈕等的安裝應端正、牢固，接觸良好。整定開關、微動開關操作靈活可靠，通、斷位置明顯，接觸良好。

（2）在斷開裝置電源的情況下，拔出各個插件進行檢查，插件所標注電源等級、交流二次額定值應與設計相符。

（3）恢復插入插件并檢驗無誤后，接入裝置電源，在80%～110%范圍改變電源直流電壓，裝置均能正常工作，突然切斷、合上外部輸入電源，保護裝置應能正常工作，不出現誤動作。

（4）對應設計圖紙檢查裝置各個輸入、輸出情況，裝置均能正確反應。

（5）檢驗電壓繼電器的觸點，應該滿足在額定電壓下繼電器觸點無振動；低電壓繼電器從額定電壓下降到動作電壓和零值時，觸點應無振動和鳥啄現象。

5" "單體設備檢查測試

單機功能測試是對數據中心的施工安裝質量、設備質量、設計質量的驗證測試，通過操作、功能展示、告警模擬，驗證設備的安裝質量、基本功能、保護告警功能是否符合設計和標準規范的要求。

（1）項目3路市電已供電至進線柜斷路器上端，諧波、感應電壓、感應電流、殘余電壓、三相電壓不平衡、頻率偏差、穩態電壓偏移范圍、穩態頻率偏移范圍、輸入電壓波形失真度、零地電壓、系統接地電阻滿足測試要求，確保供配電系統在測試中能穩定運行[2]。

（2）柴油發電機系統（包括現場油罐儲油量、供油系統）。要進行設備檢查、安裝檢查、啟動測試、供油系統測試、狀態指示驗證、報警驗證、停機驗證、穩態運行驗證、發電機斷路器脫扣測試、運行發熱驗證、面板操作測試、瞬態響應驗證以及并機系統測試，加注可供發電機運行12小時的燃料[3]。

（3）中壓配電設備。檢查設備的外觀、開關容量、安裝和相序是否滿足設計要求并進行開合試驗，確保其動作可靠。對于設計有多回進線并有備自投、連鎖功能的，按設計要求，模擬一側進線失壓跳閘，另外一側應能自動合閘投入，并應檢查主供電源與備用電源之間的電氣連鎖，嚴格防止雙電源并列運行。

按設計整定限值臨界點左右模擬故障保護，在端子排位置通入電流、電壓，模擬各種故障，保護裝置（或繼電器）應能正確動作，斷路器應能正確對應跳閘，相關聲光信號應能正確動作，保護裝置應處于與投入運行完全相同的狀態，檢查保護回路及整定值的正確性。對中壓配電箱柜同時在假性負載100%和50%負荷情況下進行運行狀態檢查和發熱測試，并進行儀表校驗。檢查斷路器或隔離開關拉開（或小車拉出）時，能否正確連鎖跳開進線開關。

（4）ATS開關配電柜。需要進行ATS系統的回路連鎖、短路故障閉鎖、PT斷線閉鎖、市電自投自復的開關投切測試，確保其能在市電發生故障時切換至備用電源。

（5）變壓器檢測。通過對變壓器的外觀、絕緣性能、繞組直流電阻等參數進行檢測，確保其性能符合設計要求。按定值單保護設定，在變壓器位置模擬開門、超溫、高溫等信號，保護裝置（或繼電器）應能按設計要求正確動作或發信，斷路器應能正確跳閘，相關聲光信號應能正確動作。

（6）線纜檢測。檢查線纜的連接工藝、標識標牌以及功能是否正常，確保電源傳輸的安全性和可靠性。

單系統的測試方法主要是通過模擬單系統真實運行時的各種狀態及故障模式時的各種狀態，通過一定時間的運行，驗證單系統是否可靠。

6" "中壓配電系統綜合測試

中壓配電系統綜合驗證測試通過模擬市電供電中斷，設備故障等場景，驗證系統切換邏輯，驗證設備工作狀況，全面檢驗中壓配電系統與發電機之間的聯動性能，確保在市電中斷時發電機組能夠順利啟動并承擔負荷，檢驗數據中心應對突發狀況的冗余備份、安全保護能力。根據《數據中心場地基礎設施認證技術規范》要求，進行了以下場景演練：

（1）在1#、2#市電正常供電，3#市電備用正常情況下，完成2#市電中斷的系統切換3#備用測試。

（2）在1#、3#市電供電情況下，完成2#市電恢復的系統切換測試。

（3）在1#、2#市電正常供電，3#市電備用情況下，完成1#市電中斷的系統切換3#備用測試。

（4）在2#、3#市電正常供電情況下，完成1#市電恢復的系統切換測試。

（5）1#市電中斷，3#備份市電失敗，1#ATS控制柴發帶載運行，取代1#市電供電。

（6）在1#柴發帶載、2#市電正常供電情況下，手動恢復1#市電。

（7）2#市電中斷，3#備份市電失敗，2#ATS控制柴發帶載運行，取代2#市電供電。

（8）在2#柴發帶載、1#市電正常供電情況下，手動恢復2#市電。

經過以上場景測試，驗證原程序設計邏輯及設定的控制器響應時間是否滿足要求。

7" "檢驗測試數據的記錄及問題整改

在檢驗測試各階段，核查資料和運行檢測中采集各儀表的記錄數據并進行分析整理，編制數據統計表，對照設計參數、合同要求與標準規范進行梳理和分析、歸納，形成問題清單。根據對數據機房使用功能影響的嚴重程度，將問題劃分為高、中、低三個風險等級并給出相應的整改建議。各測試環節發現的問題經整改消缺后才能進入下一工序或環節的測試，尤其是影響功能的高風險問題點。

8" "結束語

通過檢查、測試，對項目的施工質量、安裝工藝、設備功能、系統性能、綜合性能等進行驗證，是對數據中心潛在運營風險檢測、控制和消除的過程，全面檢驗數據中心供配電系統的性能、冗余設計的有效性以及各組件之間的協同工作能力，為數據中心內各類設備提供穩定可靠的電力供給對保障數據中心的運行安全具有十分重要的意義。

參考文獻

[1] GB 50174-2017，數據中心設計規范[S]．北京：中國計劃出版社，2017．

[2] GB 50462-2015，數據中心基礎設施施工及驗收規范[S]．北京：中國計劃出版社，2015．

[3] CQC 1324-2018，數據中心場地基礎設施認證技術規范[S]．2018．