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摘要：本文对数据中心最新配电产品-巴拿马电源进行架构分析，并阐述其相比传统配电架构的优劣，通过案例项目全方面的巴拿马电源测试、验证产品各项电气性能，确定其是否满足设计要求，提出后续相对应运维措施，改进优化巴拿马电源产品。
关键词：巴拿马电源；移相变压器；直流母联；主备监控单元
引言
近年来，互联网、云计算、人工智能、区块链等技术蓬勃发展，对数据的存储、交换、计算等领域的需求也呈爆发式增长，推动数据中心快速发展。数据中心供配电系统是数据中心“心脏”，巴拿马电源做为常规数据中心供配电系统的“升级版”，正逐步得到广泛应用。
一、巴拿马电源出现的原因
1.产品预制化、集约化趋势
数据中心安全可靠、不间断运行离不开高可靠的供电系统。当前国内数据中心常见的两种不间断供电技术包括ACUPS、HVDC（240V/336V/ 48V）和市电直供+BBU等。根据其建设等级要求，采用不同的冗余供电模式，比如2N模式，DR模式，RR模式等。这些供电技术在前期设计、项目建设和后期维护中，仍存在很多挑战。巴拿马电源具备更高的可用性、高效率、低成本、模块化、维护方便、占地空间小等优势，为数据中心供电提供一种革命性的供电。
2.工期、成本需求
数据中心建设周期一般包括了项目可研、方案设计、详细设计、采购、土建施工、机电安装施工、调试、验证测试和交付。因为数据中心系统比较复杂，一般需要花费12至24个月的时间，甚至更长。建设周期长的最主要原因是数据中心数百种设备之间相互强关联，任何一个设备或者配套的需求、设计、采购、实施的变化都会导致关联系统的变化，从而引起计划外的调整。从市电引入到IT设备间，供电链路包含高压进线柜、高压分配柜、变压器进线柜、变压器、变压器出线柜、功率补偿柜、低压配电输出柜、不间断电源输入输出柜、不间断电源系统、列头柜等，还包含中间的连接线缆等，除了能量变换环节外，中间环节非常多，预制化程度高、设备中间环节优化的巴拿马电源应运而生。
二、巴拿马电源系统组成及与传统配电对比
1.组成：巴拿马电源柔性集成了10kVac的配电，隔离变压，模块化整流器和输出配电等环节，采用移相变压器取代工频变压器，并从10kVac到240Vdc整个供电链路做到了优化集成。该方案，具有高效率，高可靠性，高功率密度，高功率容量，兼维护方便等特点。相比传统数据中心的供电方案，占地面积减少50%，其设备和工程施工量可节省40%，其功率模块的效率高达98.5%，架构简洁可靠性高。蓄电池单独安装，系统容量可以根据需求进行灵活配置。巴拿马电源和传统供电方案对比，如下图所示。
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2.原理与架构
巴拿马电源采用多绕组的移相变压器，大大减小了变压器副边绕组的短路电流，降低其下游开关的短路电流容量，并结合整流模块单元，对传统供电架构的配电层级进行优化整合，缩短了传统供电中从变压器输出到ACUPS或240V/336VHVDC柜间的漫长链路，简化了此链路中的多级配电。与传统供电系统架构比，巴拿马电源供电链路中的开关器件大大减少，更加简洁高效、成本更低。巴拿马电源方案将传统ACUPS或240VDC供电中的配电环节大大简化。从整体结构看，整个巴拿马电源由10kV中压柜（可选），移相变压器柜，整流输出柜，交流分配柜（常规不配置，当要求配置交流380V输出时提供该柜）组成。
3.与传统配电系统比较
三、巴拿马电源测试验证方法
1.测试验证目的：测试验证实施着重从数据中心安全运行、有效维护的角度出发，通过模拟数据中心的模块机房满载的运行环境，按照制订的测试验证方案（建设方备案）验证巴拿马电源整改后的系统承压能力、运行指标、电能质量、系统故障冗余能力、系统逻辑。为后续运维管理的重要参考依据。
2.假负载配置
4.功能测试内容：主要有变压器、低压柜、高压直流功能测试，测试内容包括风扇启停功能测试、温控器报警测试、变压器输出电能质量测试、高低压备自投逻辑测试、连锁逻辑功能测试、高压直流绝缘监测、限流、均载、突加突减等功能测试
5.性能测试内容：变压器、中/低压柜、HVDC4小时压测，其中HVDC包括母联压测；
6.巴拿马电源电能质量测试
1)测试仪器采用FLUKE1760，巴拿马电源10kV电能质量测试，为全面了解不同工况下巴拿马电源运行后，总谐波电流含有率，谐波电流频谱分布及趋势曲线，功率及功率因数等电质量情况，验证巴拿马电源性能，Fluke1760电能质量分析仪为Fluke公司生产，具有4路电压和4路电流输入，利用柔性电流传感器能够测量3000A电流，操作灵活且精度很高。该设备主要用于电能质量分析，但也可以用于长时间记录负荷变化趋势。PQP1LP1000的测量精度达到EN61000-4-7标准的A级指标，基本误差为：
2)测试点及测试内容:依据《巴拿马电源系统说明书及维护手册V1.0》，重点分析总谐波电流含有率，参考整流器产生的谐波电流特征频率，分析谐波电流频谱分布，参考国家标准《GB/T14549-199电能质量公用电网谐波》分析电压总谐波畸变率。不同工况时的功率及功率因数变化趋势。
四、测试数据成果及结论
12小时满载压测电能质量
1)电压谐波趋势
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2)电流谐波趋势
经上述12小时满载测试、不平衡测试波形来看，其电压谐波、电流谐波失真度均小于5%，满足国标规范要求，验证了巴拿马电源产品设计应用了移相变压器通过移相电源相位角，达到了抑制谐波的目的。
五、巴拿马故障场景分析、影响及应对措施
1.故障场景：移相变压器抽头匝间短路、出线电缆短路、HVDC交流进线开关短路：影响：变压器、电缆、开关受损；措施：1）该段所有整流柜交流输入开关分；2）交流柜进线开关分闸，负载通过母联由对侧供电；3）将该段高压前置柜分闸；
2.故障场景：整流模块插件底座故障；影响：1个模块机房IT负载全部单路供电；措施：1）将该整流柜电池开关分闸；2）将对侧互备整流柜电池开关分闸；3）将整流柜及互备整流柜交流输入开关分闸。
3.故障场景：电池熔丝、负载输出熔丝及底座故障；影响：1个模块机房IT负载全部单路供电；措施：1）将该整流柜电池开关分闸；2）将对侧互备整流柜电池开关分闸；3）将整流柜及互备整流柜交流输入开关分闸；
4.故障场景：巴拿马电源低压交流侧进线开关故障；影响：出现故障，机房精密空调无U电；措施：1）将该段所有整流柜交流输入开关分闸；2）将交流柜所有开关分闸；3）高压前置柜分闸，移相变停电。
六、结语
本人分析了数据中心最新配电产品-巴拿马电源的产品架构、产品特点及突出优势。同时针对这钟新产品，可能出现的电能质量问题进行了相关测试验证，结果表明该产品电能质量符合要求；对该产品架构本身进行了技术论证，提出了产品架构可能出现的问题、影响及后续运维措施，对完善巴拿马电源产品有较大的参考价值。巴拿马电源做为一个新生产品，其核心的简化配电中间环节设计思路是整个数据中心配电预制化、集成化的趋势，该产品的完善还需要不断经过多个数据中心的验证及改进。