IDC機房中的主要諧波源及危害分析

IDC機房作為通訊、金融行業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，對用電的可靠性要求非常高，機房一旦突然斷電導(dǎo)致內(nèi)部服務(wù)器停機，造成數(shù)據(jù)流失帶來的損失將無可估量。從保障通信業(yè)大規(guī)模數(shù)據(jù)中心用電高可靠性要求的角度來講，UPS或HVDC是不可或缺的一部分，通信低壓配電系統(tǒng)主要負載還有開關(guān)電源、變頻空調(diào)等，而這些數(shù)據(jù)中心不可分割的組成部分，卻恰恰又是產(chǎn)生危害IDC機房的安全因素——諧波。那么諧波到底對IDC機房有什么危害呢？諧波在IDC機房中又是如何產(chǎn)生的呢？往下閱讀，我們來講個究竟。

諧波對數(shù)據(jù)中心到底有哪些危害？

（1）信息、數(shù)據(jù)、通信、監(jiān)控系統(tǒng)的工作電壓和信號都屬于弱電系統(tǒng)，很容易受諧波干擾，從而造成系統(tǒng)死機、控制失常、停機，嚴重情況會丟失實時數(shù)據(jù)；

（2）由于諧波的干擾，容易引起高、低壓配電設(shè)備的進線斷路器掉閘，造成整個系統(tǒng)停電而無法工作。盡管有備用電源UPS，但由于諧波影響，UPS無法滿足工作需求而造成損失;

通信系統(tǒng)實行的是聯(lián)網(wǎng)運行，如果數(shù)據(jù)處理中心發(fā)生故障，將造成整個聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)崩潰，而高次諧波一樣能造成數(shù)據(jù)處理中心主機的誤操作和死機。

諧波同時也能造成通信儀器的誤動作和死機，給數(shù)據(jù)機房和用戶帶來不必要的麻煩。

（3）每個數(shù)據(jù)機房都要求對功率因素進行補償，部分數(shù)據(jù)機房仍標配傳統(tǒng)無功補償柜以保證系統(tǒng)的功率因數(shù)，而諧波流入無功補償柜中的電容時，會引發(fā)電容“脹肚”現(xiàn)象，增加電容發(fā)熱，損壞絕緣，輕則降低電容壽命，重則直接損壞電容；

（4）數(shù)據(jù)機房內(nèi)負載會產(chǎn)生大量的3次諧波，3次諧波屬于零序諧波，零序諧波的一大特點是相位一致，導(dǎo)致三相的零序諧波會疊加到N線上，使得N線上的電流嚴重超過N線的載流量，最終過熱融化，引發(fā)火災(zāi)。

如上分析，諧波對數(shù)據(jù)機房的危害有多大就不言而喻了，必須引起重視。

諧波危害那么嚴重，那它到底怎么產(chǎn)生的呢？

從IDC機房中的主要諧波源分析：

UPS：

UPS的原理是通過整流將交流電變?yōu)橹绷麟?，然后將直流電逆變?yōu)榻涣麟姡瑫r并聯(lián)蓄電池，在交流輸入出現(xiàn)故障的時候由蓄電池在一定時間內(nèi)給負載供電。在整流器工作時，就會產(chǎn)生大量的諧波電流，工頻UPS沒有經(jīng)過自身濾波，反饋回電網(wǎng)，污染電網(wǎng)，危害設(shè)備。

在當今的大中型UPS的中，較多采用6脈沖可控硅整流型技術(shù)，這種方案因其出色的可靠性和較高的效率備受青睞。然而，6脈沖可控硅整流型UPS大多都具有輸入電流諧波分量偏大的缺點，雖然不同廠家的設(shè)備產(chǎn)生諧波電流含量有一定的差異，但普遍都偏高，有的THDi甚至超過了50%。諧波以5、7、11和13次為主，還有少量的高次諧波。

變頻空調(diào)：變頻空調(diào)里的變頻器是典型的諧波源，主要產(chǎn)生5、7次諧波會對供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定構(gòu)成威脅。

開關(guān)電源：開關(guān)電源使用了晶閘管/IGBT等非線性電力電子開關(guān)元件，不管采用哪種整流方式，開關(guān)電源從電網(wǎng)中吸取能量的方式均不是連續(xù)的正弦波，而是以脈動的斷續(xù)方式向電網(wǎng)索取電流，這種脈動電流經(jīng)傅里葉分析可知，非同期正弦波電流是由于頻率相同的基波和頻率大于基波頻率的諧波組成。

諧波對我們的IDC機房的危害如此之大，我們該如何是好？

實踐是檢驗真理的唯一標準，下面通過真實的案例分析來給出答案。

新疆移動通信集團公司克拉瑪依分公司機房的配電系統(tǒng)中含有大量的UPS和開關(guān)電源等諧波源設(shè)備，給系統(tǒng)帶來了嚴重的諧波污染。供電質(zhì)量難以保證通信業(yè)高可靠性用電的需要，需要在提高供電質(zhì)量的同時推進節(jié)能降耗，針對具體的諧波測試情況，在機房中諧波污染最嚴重的4個測試點處共安裝了4臺有源電力濾波器進行諧波治理，進行了結(jié)果比較。

以下為安裝點1SinexcelAPF運行前后電流畸變率圖：

APF運行前

APF運行后

Sinexcel有源電力濾波器開啟后，電壓和電流波形的畸變明顯減少，接近標準正弦波。

SinexcelAPF運行前后的數(shù)據(jù)對比：

開啟Sinexcel有源電力濾波器（APF）后，市電模式下電壓畸變率（THDU）由3.5%下降到2.6%，電流畸變率（THDI）由34%下降到5%以內(nèi)，總諧波電流由22A下降到4A以內(nèi)。

根據(jù)以上波形圖及數(shù)據(jù)對比，Sinexcel有源濾波器（APF）有效地解決了數(shù)據(jù)中心諧波引起的隱患，從而保證了數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運行。

整篇文章下來，相信大家都了解到為什么諧波不除，IDC機房難于安寧了。

? ? ?審核編輯：湯梓紅