(上接总第6期p.47)

五、变压器微机差动保护及其带负荷试验
　　
　　1.简要介绍双绕组变压器的差动保护原理
　　
　　当电流流经变压器,按照基尔霍夫电流定律,差动保护将会发挥其功能,使得流过变压器设备的电流大小与源电压相同,从而保证差分继电器的有效性[25]。针对双线圈变压器一次侧初级接线形式的差异,使其两端的电流相差30度,差动保护电路的不平衡电流较大,因此电流互感器的次级侧必须采用相位补偿方法连接到两侧,以避免微机保护的故障。原理接线图和矢量图如图5.1和图5.2。
　　

　　IAY代表变压器星形侧A相的一次电流,Iay代表A相的次级电流,Iay'代表流过微电脑差动保护继电器的电流。IaΔ是变压器三角形侧A相的一次电流,IaΔ'是A相的次级电流。
　　
　　根据图5.2所示的当前方向,Iay'=Iby-Iay,Iby'=Icy-Iby,Icy'=Iay-Icy。在软件相位转换之后,Iay'、Iby'和Icy'是同相低压侧电流。在保护范围内流动的输入和输出电流量,大致相等。该保护方式具有选择性强、灵敏度高的特点,适用于容量大、电流保护强、电压高、灵敏度高的电气设备。
　　
　　2.差动保护装置的误动作原因
　　
　　1）变压器两侧电流互感器的类型和变比不同
　　
　　如果型号选择不正确或选择相对较小,保护区外的地方故障将很快导致电流互感器铁芯饱和,不平衡电流急剧增加,从而导致差动保护的故障。变压器两侧不同类型的变压器具有不同的饱和特性和励磁电流(由同一侧引起),导致两臂形成较大的电流差,影响保护运行。电流互感器转换比的选择往往很小,往往不能满足保护10%的误差要求。
　　
　　2）电流互感器二次负载10%误差曲线
　　
　　当一次电压超过额定时,就会引起较大的测量误差和不平衡度,使系统运行在稳定状态下,而产生附加损耗,降低供电质量。如果二次负荷低于10%的误差曲线,在三相短路故障发生时,差动保护将面临误动的风险,从而导致开关无法正常跳闸,严重影响系统的可靠性,甚至可能导致整个供电系统的中断。因此,必须重视对低压线路进行保护和检查,以确保供电可靠。采取的措施:
　　
　　(1)提高电流互感器变比;
　　
　　(2)制造多个串联电流互感器;
　　
　　(3)降低电流互感器的二次负荷;
　　
　　(4)在满足灵敏度要求的前提下,适当增加工作电流,仔细检查电流互感器10%误差曲线[26]。
　　
　　3.负荷试验的原因
　　
　　由于变压器的差动保护主要依靠两侧CT次级电流之间的差分电流来工作,因此差分电流检测自然成为差动保护负载检测的重要组成部分。负载电流越大,差分电流的误差反映得越多,也就越容易判断。负载测试是系统工作电压和负载电流的测试,交流二次电路的接线精度和系统参数值输入在投入生产前进行测试,因此认真细致。
　　
　　1）试验依据
　　
　　(1)观察电压、电流幅值及相序、相位。
　　
　　(2)观察双侧同名相间电流相位并检查电流互感器极性结合是否正确。
　　
　　(3)观察差流大小,判定系统参数值输入的正确性。
　　
　　(4)观察三相电流的对称性。
　　
　　2）负荷试验对系统的重要性
　　
　　主变压器起着举足轻重的作用,关系到变压器差动保护能否可靠地投入并安全运行,变压器能否正常运行,负载试验可以从根本上解决变压器差动保护装置在施工过程中可能产生的误差问题,显著降低微机保护故障造成的威胁和损害,保证了设备的可靠运行[27]。
　　
　　六、数据中心空调室外机散热分析
　　
　　由于大气温室效应加强,室外温度升高,许多精密空调中小型数据中心的室外散热能力持续下降。此外,原本中小型数据中心机房的空调主要是以风冷设计为主要内容,但是伴随着工作量的增长,企业机房的容量也在持续地增大,在有限空间中的室外机的数目也在增多,因此供应室外冷凝器散热的气流不足[28]。
　　
　　1.空调室外机散热影响
　　
　　1）室外机安装方式
　　
　　由于数据中心的布局往往是跨越多个区域、跨越多个中心的,因此,在安装户外机时,大多数情况下采用的是楼层内分布式设置和户外集中区域布局,其安装示意图可参考图6.1。在数据中心的不同楼层之间,分布式设施通常被安排在狭小的空间里,而集中式设施则多出现在建筑物的屋顶、塔楼平台等处。
　　
　　对于安装在地板上的室外机,大多数机房的扩展都有延迟,因此安装空间的室外秘密太大,很可能会导致空气的短路循环,或是从下面设备排出的热空气很可能会被吸入到上面的设备中,从而导致冷凝器很难散热[29]。
　　
　　2）室外运行情况
　　
　　当周围的温度上升时,会使空气中的热量降低,凝结点的温度上升,甚至会产生过高的压力,从而影响到空气中的空气质量。当室外机水平安装在同一楼层时,室外机排风口的背压会因夏季主风向的影响而增加,尤其是在高层建筑中,如果户外的空气流速比较大,那么,户外机就会很难进行废气排放,而且还会产生回填现象,这将降低冷凝器的散热效率,减少系统的高压停机时间[30]。
　　
　　2.室外机的散热性能较差对空调制冷系统造成影响
　　
　　1）机组冷凝压力增大,压缩机功耗增加,冷却效率下降
　　
　　机房空调室外机的散热能力较弱,不能对制冷系统中循环的制冷剂进行降温,从而使冷凝的温度和压力上升,从而造成了系统的制冷循环与实际工况发生了偏差,从而降低了制冷效率,具体表现在图6.2中。
　　
　　2）系统液体过冷度无法有效控制导致制冷系数显著下降
　　
　　在现实的制冷系统中,存在着冷凝器的选型冷凝区域超过规定范围、人工制造过度冷却等问题在节流之前,液体的过冷度很高,但是随着节流的进行,液体的干燥度会降低,这会提升循环机组的制冷能力,并使制冷循环的系数增加[31],如图6.3所示。
　　
　　3.解决方案
　　
　　1）布置方案优化
　　
　　室外机布置方案的优化主要采取以下形式:
　　
　　(1)室外机移位:如果安装条件允许,将空调室外机的一部分从空间移动到超过有效切换距离的地方,将大容量机组放置在室外,增加间隔,分散室外机,以确保顺利排气。
　　
　　(2)优化建筑物风口结构:如果条件允许,直接拆除室外机的出风护罩,促进空气流通,交换室外机的热量。
　　
　　(3）安装方式:如果水平安装受到限制,可以垂直安装,安装隔间,以减少气流的短路现象。
　　
　　2）强化室外机散热
　　
　　当前,为提高机房空调效率,最常用的室外机增强散热技术包括喷水、喷淋、湿膜换热等。
　　
　　(1)喷水适用于夏天和炎热天气,费用低,见效迅速,具有节约能源的作用。然而,过高的能耗及长时间的喷洒,会造成室外空调散热器的损坏及老化,缩短机组的使用寿命。
　　
　　(2)雾化喷淋冷却是对软水增压,然后通过喷头将流水喷射出来,形成微小水珠,吸收热量能使图6.2系统冷凝压力升高时制冷循环压焓对比图周边空气降温,降低室外机进风温度,如图6.4。
　　
　　(3)通过湿膜换热,可以将水从一个容器中转移到另一个容器中,并通过供水、补水和控制系统来实现这一过程,如图6.5所示。
　　
　　3）系统转换
　　
　　通过采用水冷和新风系统的转换方案,我们能够有效地解决室外机大规模布置带来的局部热岛效应,从而提高空调的性能和使用寿命。
　　
　　(1)基于原有的风冷空调系统,我们将一组水冷壳与一个管式冷凝器串联起来,实现从水冷到风冷的转换,如图6.6所示。空调系统的水冷转换解决了原有风冷系统散热不良,降低了压缩机能耗,提高了新型冷凝系统安全性[32]。
　　
　　(2)对室外机的通风管道进行改进,在室内加装密闭的隔离层,使室内热空气在狭窄的室内排出,再向外排出。
　　
　　七、结论
　　
　　本文以数据中心投用前的负载试验为例,完美结合数据中心长远发展目标。这是对未来数据中心安全可靠的重要参考,也将有助于我国未来私有数据中心的长期可持续发展。值得注意的是,本次试验结果有限,未来可以进一步对各个数据中心进行试验分析。更全面、系统的研究成果将全面助力数据中心的发展。
　　
　　参考文献
　　
　　[1]杨贵恒,张海呈,张寿珍,钟进.柴油发电机组实用技术技能[M].北京:化学工业出版社,2013.
　　
　　[2]苏石川,刘炳霞.现代柴油发电机组的应用与管理[M].北京:化学工业出版社,2010.
　　
　　[3]卢攀.高压柴油发电机在大型数据中心的应用[J].电源技术应用,2014,3:243.
　　
　　[4]郭志龙,王长龙,可宏刚.高压柴油发电机在数据中心应用中若干问题的探究[J].信息通信,2017,174(6):287-288.
　　
　　[5]惠成洲.浅析10kV高压柴油发电机组在数据中心的应用及运维[J].数字通信世界,2017(10)
　　
　　[6]中国电子工程设计院.GB50174-2017数据中心设计规范[S].北京:中国计划出版社,2017.
　　
　　[7]中讯邮电咨询设计院有限公司.GB51194-2016通信电源设备安装工程设计规范[S].北京:中国计划出版社,2017.
　　
　　[8]中国航空规划建设发展有限公司,中国建筑标准设计研究院有限公司.15D202-2柴油发电机组设计与安装[M].北京:中国计划出版社,2017.
　　
　　[9]许乃强,蔡行荣,庄衍平.柴油发电机组新技术及应用[M].北京:机械工业出版社,2020.
　　
　　[10]杨贵恒,张海呈,张寿珍,等.柴油发电机组实用技术技能[M].北京:化学工业出版社,2013.
　　
　　[11]《钢铁企业电力设计手册》编委会.钢铁企业电力设计手册(上册)[M].北京:冶金工业出版社,1996.
　　
　　[12]李铁军.柴油机电控技术实用教程[M].北京:机械工业出版社,2013.
　　
　　[13]刘苗青,等.大型IDC备用电源的设计与选型探讨[J].电信技术,2014(8):59-62.
　　
　　[14]崔亦飞.8098单片机在电能综合测量中的应用[].工业仪表与自动化装置,1995,4):25-29.
　　
　　[15]马广成,黄旭.基于单片机的电机控制器数据采集方案设计[]电测与仪表,2002,39$).
　　
　　[16]黄纯.软件同步采样实现方法的分析与改进[].电测与仪表,1997,(10):4-5.
　　
　　[17]R.S.Turgel.Digital Wattmeter Usinga Sampling Method［］IEEETrans.IM-23,1974,(4):337-341.
　　
　　[18]Winbond ElectronicsCorp［Z].Revision A3,2001.
　　
　　[19]张默涵,毛辰.现场变压器空载试验的精确测试方法研究[J].陕西电力,2019(10):54-57.
　　
　　[20]王晓刚,李儒,蚁松.大型电力变压器空载试验电源问题浅探[J].变压器,2003(6):29-31.
　　
　　[21]文华,李明,王景林,等.现场电力变压器空载损耗试验设计及实施[[J].云南电力技术,2006(5):1-4.
　　
　　[22]卢铁飞.变电站现场变压器空载损耗试验的实施[J].城市建设理论研究,2012(9):46-47.
　　
　　[23]兰莉红,江欣,刘孝为,等.大型变压器现场长时空载试验[J].西北电力技术,2006(2):9-11.
　　
　　[24]谢齐家,汪涛,周友斌,等.高压滤波器在1000kV特高压换流变压器现场空载试验中的应用[C]//中国电机工程学会.中国电机工程学会高压专业委员会2015年学术年会论文集.西安:中国电机工程学会,2015:145-148.
　　
　　[25]穆玉兰,变压器微机差动保护误动作的原因.江苏:机电信息,2011(12):15-16.
　　
　　[26]张露江,电力微机保护实数技术[M].北京:中国水利水电出版社,2010:42.
　　
　　[27]熊为群,陶然编.继电保护,自动装置及二次回路[M].北京:中国电力出版社,1982:142.
　　
　　[28]高涛,吴兆林,周志刚.高层建筑多联机室外机分层设置制冷系统影响因素分析[J].暖通空调,2008(03).
　　
　　[29]数据中心机房空调系统技术白皮书[Z].北京:中国工程建设标准化协会信息通信专业委员会数据中心工作组,2011.
　　
　　[30]樊勤.精密空调室外机高热高密度环境下运行散热问题综合治理研究[A].中国通信学会通信电源委员会.通信电源新技术论坛——2008通信电源学术研讨会论文集[C].中国通信学会通信电源委员会:中国通信学会,2008:8.
　　
　　[31]蒋悦波,金梧凤,朴完奎,刘杨.某住宅建筑凹槽内室外机热环境的CFD分析和优化[J].建筑节能,2012,40(09).
　　
　　[32]ASHRAETC9.9(美).任兵,杨国荣,陈亮,译.数据通信设施节能最佳实践[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.
　　
　　编辑：Harris