浅谈数据中心维谛UPS电源供配电系统全程录波的重要性-维谛精密空调维谛蓄电池
摘要：本文通过一起故障的处理,浅谈对数据中心各个分散的配电系统的控制进行集中管理，实现园区供配电系统全链路录波的重要性。探索大型数据中心能建立一个监控总站将各子站纳入其中,进行统一管理，通过录波的数据，分析园区供配电系统的各种状态参数,真正做到故障准确定位，快速得出应对策略，最终实现园区电网调度自动化系统，确保园区供电安全。关键词：数据中心、故障、录波、自动化
1、概况
某数据中心一期共计6栋机房办公用楼，其中2栋数据机房、1栋动力中心、1栋制冷站、1栋维护支撑用房、1栋110KV变电站，维谛UPS电源数据中心及配套用房建设平面图如图一：
该数据中心高低压配电系统包含110kV、10kV和400V三个电压等级，系统通过两台110/10kV主变将电网电能降压后送至动力中心。动力中心一期包含1#至6#子站高配系统，子站每段母线分别与两台主变低压侧相连，且每段母线各配有柴油发电机作为后备（保安）电源。每个子站高配系统为一个负荷系统供电，负荷系统也采用单母线分段接线方式，每段维谛UPS电源母线分别从对应高配系统的对应母线取电。10kV中压系统采用IT系统,低压配电400V系统均采用TN-S系统，综上为数据中心一期配电结构及规模介绍，电力系统结构图如图二。
2、故障现象
2018年10月10日14点19分01秒，数据中心制冷站的冷机配电突然跳闸保护；冷机停机，该数据中心其它楼栋设备未受影响。
3、原因分析
由于现阶段该数据中心缺少对供配电系统上下级之间信息的统一管理，工程维护人员只能逐级排查故障原因，首先从制冷站冷机开始。
3.1、查勘制冷站
制冷站冷机告警（如图三）与配套的10KV配电告警（如图四），冷机启动柜上有发生断相保护动作记录，冷水机组控制器上有故障停机告警。
图三：10月10日下午空调主机跳停告警截屏
图四：冷机配电启动柜断相跳闸保护告警截屏
通过分析我们产生如下两个问题：
（1）是断相，还是其它什么原因？
（2）如果断相是什么原因造成？
由于冷冻站的10KV是由动力中心提供，需要再次查勘上一级的配电，才能找出原因。
查勘动力中心
查看对应的动力中心10KV输出柜的Vamp57告警时，我们发现有2次电压骤降事件记录,分别是骤降71.5%、骤降69.3%,如图五、图六。
通过核查冷机厂家的技术资料与相关技术要求，“电压跌幅超过10%，属于1级故障保护”，如果电压跌落幅值超过保护动作电压，那么本次启动配电柜的跳闸停机，属于冷机主机正常保护约定（整定值），符合技术要求。图七的LOG数据从时间上和获取的电压值上验证了电压跌落幅值超过冷机保护动作电压范围（电压跌幅超过10%），证明本次冷机跳闸停机，属于正常保护动作。
图五：电压骤降71.5% 截屏
图六：电压骤降69.3% 截屏
图七：10kV PT柜导出的事件记录截屏
这两次骤降是什么原因造成，需要进一步分析，于是我们继续对上级的维谛UPS电源配电系统进行数据分析。
3.3、查勘110kV变电站
调取110kV变电站到动力中心的配电日志，通过查看110kV变电站的监控值日志与电能质量在线检测装置，我们从相关数据了解到，本次受影响的进线为“山西线”（如图八至图十二）。
图八：遥信，告警信号截屏
图九： 第一次故障波形图截屏
图十：第一次电压突降截屏
图十一：第二次故障波形图截屏
图十二：第二次电压突降截屏
第一次：外市电波动对一段母线侧持续时间0.099秒，最大幅值达31.881，故障相为C相；
第二次：外市电波动对一段母线侧持续时间0.074秒，最大幅值达32.055，故障相也为C相；两次波动相隔时间1.201秒。由于各机楼的配电系统表计量有偏差，据此可以近似判定园区当时的事件电压波动幅值在30%左右。
核查110kV变电站内“安稳装置”，该装置上有“滑差闭锁”告警，但是我们发现没有“闭锁”的10kv出线断路器没有动作。通过继续检查，发现保护功能的“压板”没有连接，所以110kV变电站的10kv出线断路器保护都没有动作。
图十三:安稳装置 滑差闭锁信号截屏
图十四：压板没有连接
通过逐级对的各级系统的告警进行分析与判断，可以得出数据中心园区外市电C相2次波动，导致园区内2次电压瞬间下降。由于110kV变电站的10KV输出保护功能的“压板”没有连接，造成110kV变电站内“安稳装置”有告警，但控制没有起作用，10kv出线断路器没有动作。另外由于电压瞬间波动太快，动力中心和各机楼的10kv保护控制虽然有告警，但没有动作，有LOG日志佐证；制冷站只是冷机自身的10KV启动配电柜保护值超过设定门限（电压跌幅超过10%）而跳闸保护。
4、园区全程录波的重要性
本次故障虽然是外部产生的，但是处理流程太长，逐级获取各级系统的录波信息与调取仪表、控制器的LOG日志繁琐，且需要到不同的机楼核对告警，对应不同的配电系统，用时太长。数据中心园区的电力系统中，高中压继保装置、低压关口输出回路中的仪表、控制器已经具有一些功能，包括录波（SOE）功能，只是各个系统比较分散，不利于故障数据的快速获取与快速定位、判断。如果能集中监控，同步各系统时
钟，在采集端记录内容包括事件发生时间、持续时间以及事件类型等（如变位、过欠压、过流等），那么排除故障的效率将会大大提高。
数据中心园区缺少对供配电系统上下级之间信息的统一管理，可能出现误操作的情况，甚至发生操作事故，给供配电设备及维护人员带来了极大的安全隐患。根据本次故障分析解决实例，必须从以下两方面着手解决该问题：
（1）配置园区电网调度自动化系统及变电站综合自动化系统以完善上下级之间信息的统一管理。
（2）充分利用厂站五防系统，从站控层防误、间隔层装置防误方面防止误操作。首先需要把园区的各级控制器的信息进行同步，实现对每一事件的高度可追溯并实时呈现，实现全链路的事件分析；准确判断与定位。数据中心园区供配电系统全链路实现SOE功能；其次实现园区电气自动化。
数据中心电网调度自动化系统组成包括集控中心工作总站、各配电变电所的电气自动化子系统（变电所监控和数据采集系统）以及相应的通信网络。其中园区电网调度自动化系统作为园区电气监控及调度系统，负责对园区供配电系统的电气设备运行状况进行数据采集、通信、监测、控制、管理。为园区智能电网的运用做准备，园区电气自动化系统通讯结构图如下：
图十五：园区电气自动化系统通讯结构图
5、小结由于数据中心维谛精密空调规模越来越大，一期、二期发展下来，园区内不仅机房楼增多，而且随时间的推移，园区内部、外部环境也会发生变换。“可研”到具体实施也会随之发生变化。届时投产的系统变更会很多，系统越来越复杂，现场维护人员的维护工作难度变大。维谛精密空调维护人员不仅仅希望有参与前期建设、熟悉环境的技术人员和训练有素的团队来管理机房，而且更希望有可靠、智能的数据中心管理工具来管理机房。
维谛空调全程故障录波装置不仅能在供配电受到扰动、雷击或故障时,记录园区的电压、电流以及保护动作情况(事故追忆功能)。还能自动记录系统运行状态（运行方式、控制断面、开关量等）的变化数值。通过分析这些数据，并结合运行数据，得到园区供配电系统的各种状态参数,以便深层次分析与优化，基础设施维护急需这些运用工具。它既能帮助维谛空调维护人员快速解决问题，又能提高工作效率，同时还能节约维护运营成本。改变目前园区供配电系统运行管理缺乏事先预判能力的现状，解决遇到突发事件时，不能快速定位、没有应对策略的问题。
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