摘要：随着时代的发展，社会的进步，人们吃、穿、住、行的支付方式在发生着变化，现在的大街小巷都在使用支付宝、微信等等的快捷支付，电脑、手机的浏览器也在悄悄地收集我们的各种资料这些网站就为我们建立了特殊的“数据库”，这些为我们量身定做的“数据库”就是大数据处理的一部分，数据库里数据的处理就是云计算，而云计算需要许许多多的计算机、服务器在一起日夜不停的工作，这就形成了数据中心。随着数据中心的服务器容量增大，数据中心这个从前期规划到后期的运行维护也是越来越专业化，但是内部大量的电子计算机、服务器产生的谐波已经成为影响数据中心安全的、稳定运行的最大危害。其中计算机、服务器等电子设备普遍存在着绝缘低、对谐波环境要求高、过电压耐受能力差等弱电，而高次谐波污染往往使得这些高灵敏的电子系统在运行时经常会出现程序错误、数据错误、时间错误、死机、无故重启，甚至造成电子设备永久性损坏。给数据中心造成了难以挽回的巨大损失。现在我就来浅谈谐波对数据中心的影响和治理方案。
关键词：大数据、数据中心、谐波影响
前言：
1，数据中心谐波产生的原因
谐波被称为“电力系统污染”，它的存在降低了电压正弦波的质量，干扰电网的正常运行。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。数据中心中运行的主要设备是计算机服务器、网络设备、UPS、空调设备、制冷机组和其他的用电设备，这些设备中的整流器、逆变器等元器件都是非线性负载很容易产生谐波，将直接干扰、影响供电线路的电能质量。根据数据中心的等级的不同，从低级别到高级别的可分为C级到A级。大部分数据中心对电力可靠性要求很高，要求数据中心的计算机设备、服务器设备都必须是单机UPS供电或组合式的UPS供电，以达到隔离市电干扰的目的，防止影响对计算机设备、服务器设备的正常工作。
2，谐波污染对数据中心的影响
谐波污染对数据中心的影响主要是对电力变压器、输电线路、UPS、电动机、断路器继电保护整定等等其它设备的影响。下面具体介绍谐波对这些设备的影响与危害：
1、谐波污染对电力变压器的影响：谐波电流的产生会对电力变压器的铜损耗增加、局部过热、振动、噪音增大，尤其是谐波电流对三角形连接的变压器会在其绕组中形成环路电流，导致绕组过热，变压器温度过高会启动自己的继电保护装置从而发生跳闸，影响后端设备的用电；谐波电压引起的附加损耗会增加变压器的涡流损耗和磁滞损耗，如果系统运行电压偏高或三相电压不对称时，励磁电流中的谐波分量增加，绝缘材料承受的电气应力增加。
2、谐波污染对输电线路的影响：谐波污染增加了电能在输电线路的损耗。谐波电流和线路的集肤效应产生的附加损耗，使电能在输电线路中的损耗增加。谐波污染增大了中性线的电流引起零点（中性点）漂移，导致电缆发热，如果输电电缆长期在过热的状态下，会加速绝缘老化，出现漏电、短路等故障。
3、谐波污染对UPS的影响： UPS中的稳压器、逆变器是一些电感、电阻、电容和其它的电气元件组成的。谐波电流过大会使电感、电容过流异常发热和引起谐振现象，电感、电容器损坏和爆炸的危害，影响稳压器和逆变器的正常工作。
4、谐波污染对空调设备的影响：谐波污染对空调设备的影响主要是风机，谐波电流或谐波电压在定子绕组、转子回路及铁心中产生附加损耗，导致电机的整体能量转换效率降低，局部发热严重、振动和噪音增大，使电机的绝缘层加速老化，寿命减少。
5、谐波污染对断路器继电保护整定的影响：断路器继电保护装置正常运行中如果有谐波分量变大时，可能会引起继电保护装置过电压、过电流保护的误动作。当三相电源严重不对称时，在正序性谐波含量较高情况下，可能对负序滤波器为启动元件的保护装置产生干扰，引起误动作。现在大部分的开关断路器都采用微机保护装置，谐波的干扰既可能引起微机测量的误差，又可能对保护装置关键的处理模块正常工作产生干扰，从而引起了保护装置误动作或拒动。
上海某数据机房改造项目中在电力系统联调测试阶段发生了一个3000A的主输出开关跳匝的事故。在数据机房线路末端连接了实验用的发热型假负载1300KW，当实验进行到由外部维修旁路转换到UPS静态旁路的过程中。当时UPS已开机到自己内部旁和外部维修旁路共同合闸带载，当外部维修旁路断路器分闸，同时UPS的输出总开关发生跳闸数据机房的1300kw发热性假负载瞬间断电。经过施耐德厂家对断路器检测后，做出的报告中显示开关质量没有问题，不是开关机械结构或其他元件不符合要求发生的跳闸，看到报告后现场有经验的工程师和电量仪中图形数据的分析断路器跳闸可能是假负载产生的谐波电流瞬间超过了断路器微机保护整定值过电流误动作引起的。幸运的是事故发生在测试阶段数据机房里的实验性假负载而并非正式的计算机服务器，否则产生的影响和损失将会进一步扩大化。
3，谐波污染的治理方法
从数据中心设计时就考虑到谐波污染的危害，采用了区域集中治理和非线性用电设备分散治理的方法。
1、在区域集中治理，数据模块机房中的计算机服务器、服务器，采用UPS集中供电。UPS是一种交流式电源稳压器，可以有效的过滤谐波电流和谐波电压，给计算机服务器提供高质量的电源，同时还可以给自己携带的蓄电池充电；当市电突然停电时，UPS就会通过逆变器把蓄电池的直流电逆变成交流供电给后端连接的用电设备，使用电设备实现不断电。
2、在非线性用电设备处分散治理，大部分采用安装滤波器来治理谐波的危害。滤波器分为两类，一类是有源滤波装置，另一类是无源滤波装置。
我们通过对上海某数据中心变频空调谐波电流跟踪发现谐波电流很大，定制了一套有源滤波器，加装在变频空调电源的输入端，开启变频空调到工频状态下，开启有源滤波装置和不开启分别获得了电流波形对比。实验得出的结论是开启有源滤波装置可以有效地改善谐波，降低对电网的冲击、提高电网的质量。
对比波形如下图所示：
未开启有源滤波装置 开启有源滤波装置
在谐波的治理方面，不能只追求成本较低的无源滤波装置，也要综合的考虑对谐波治理有效的抑制和消除的有源滤波装置，适当的选用有源滤波装置和无源滤波装置。
结束语
大型的数据中心作为重要的数据库的存在，对供配电可靠性和稳定性有很高的要求。只要有用电设备的存在就会有谐波的污染，在消除和抑制谐波危害方面，不能只采用一些防范措施，要根据实际的负载的大小确定电力变压器额定容量时，考虑谐波的畸变而留有余量，采用有源滤波装置和无源滤波装置分别对待，尽量的把谐波产生的影响降到最低，针对具体系统采用有效的措施综合治理谐波，提高功率因数节约能源，改善供电电网的电能质量有着十分重要的意义。
参考文献：
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[3] 王书晖,王书杰. 谐波的抑制探讨[J]. 电工文摘. 2010(02)
论文作者:刘宏俭
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：谐波论文; 数据中心论文; 电流论文; 设备论文; 装置论文; 断路器论文; 服务器论文; 《基层建设》2019年第1期论文;