在激烈的国际、国内金融业务竞争情况下，各商业银行数据中心机房对高低压供配电系统的安全性、可靠性、冗余性等方面提出更高要求，如果出现较大供电故障，导致业务系统中断，将造成巨大的经济损失。而在数据中心供配电系统故障中，电力电缆、母线引发的故障占比很高。本文作者结合银行业数据中心供配电系统电缆设计、敷设、运维管理的相关实践经验，对金融业数据中心机房电源电缆配置、选择及常见故障进行分析探讨，以期读者在进行供电系统电缆设计、选择、敷设和安全运维时作为参考。
　　
　　一、银行业数据中心供电系统常用架构
　　
　　银行业数据中心机房供电系统一般由变电站（或配电站）、配电线路以及用电设备构成。变配电站通过变压器将各等级电压的电网联系起来，主接线电路由高压（一般6-110kV）和低压（380/220V）几部分变、配电网组成，数据中心低压供配电系统一般由各级低压开关柜、不间断电源、转换开关、电缆、母线等电气、机械部件组成，主要用来进行受电、计量、控制、功率因数补偿、动力馈电和照明馈电等功能。典型的银行业数据中心机房供配电系统如图1所示。
　　
　　在图中，一般市电进线、发电机进线使用电力电缆，10kV以上主配电同高压组合柜由10kV母排连接，主配电同到各个变压器一次侧多采用10kV电力电缆；分配电网变压器二次侧与母线进线柜之间采用密集母线连接，低压配电同配电柜间通过母排连接，低压柜输出与大功率负载之间的连接（如冷机配电柜等）按照路由、距离情况使用电力电缆或密集母线；UPS与输入、输出柜之间按照路由和安装位置情况使用电力电缆或密集母线；对于机房模块内部供电，金融行业目前机房机组供电有智能小母线和列头柜两种方式，列头柜方案中UPS输出柜到机房模块间采用电缆+列头柜方案，智能小母线方案中UPS输出柜到机房模块间一般采用密集母线+智能小母线方案。
　　
　　二、银行业数据中心供配电系统母线电缆选择
　　
　　母线电缆是电力系统主干线路中不可或缺的产品，它负责传输和分配大功率电能。在大型数据中心总行母线电缆产品涵盖220kV及以下多种电压等级，并配备各种类型的绝缘层，其截面尺寸范围广泛，从1.5mm到800mm不等，同时，芯数也有多种选择，包括1芯、2芯、3芯、4芯、5芯以及3+1、4+1、3+2等组合。此外，电力电缆还根据电压等级和绝缘材质进行分类，如低压电缆、中压电缆、高压电缆，以及塑料绝缘电缆、橡胶绝缘电缆和矿物绝缘电缆等。
　　
　　1.10kV及以上市电引入电缆
　　
　　银行业大型数据中心规划设计一般要求市电输入应按照双路供电进行设计，并从不同变电站引入双路电源。一般由多股10kV电缆引入，大中型数据中心由20kV、35kV或110kV电缆引入，超大型数据中心一般在园区自建110kV或220kV变电站。
　　
　　室外电缆采用电缆沟、直埋敷设或沿排管敷设，高压进户电缆型号规格一般由供电部门确定，多数选用YJV22（交联聚乙烯绝缘+聚氯乙烯护套+双钢带铠装），110kV以上系统常用充油单芯电缆；金融业数据中心园区内分界室至主变电所电缆额定电压35kV及以下选用交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃电力电缆，例如分界室到主配选用WDZA-YJY-8.7/15kV(3×300mm²)电缆，主配到分配选用WDZA-YJY-8.7/15kV(3×150mm²)电缆。
　　
　　2.低压母线、电缆选择
　　
　　低压电力干线及支干线一般采用铜芯阻燃交联电力电缆ZRA-YJV-0.6/1.0kV型，现在金融业数据中心更多项目采用低烟无卤阻燃铜芯交联聚乙烯绝缘电缆WDZA-YJY-0.6/1kV型。
　　
　　数据中心UPS输入/输出按位置、安装条件可选择密集母线或电缆，如500kVAUPS输入/输出密集母线选择1000A(3P+N+PE)/In=Ip/Ip42，旁路母线选择3150A(3P+N+PE)/In=Ip/Ip42，联络母线选择3150A(3P+N+PE)/In=IP68；如果选择电缆连接，一般采用铜芯交联聚乙烯绝缘低烟无卤阻燃电缆(WDZA-YJY)，如500kVAUPS输入/输出连接线缆：(双拼)WDZAN-YJY-4×240mm²+1×120mm²。
　　
　　其他动力配电、照明电缆选用铜芯阻燃级交联电力电缆ZA-YJY-0.6/1.0kV型，控制电缆一般选用ZA-KV型；消防设备一般采用铜芯耐火阻燃电力电缆，如ZANYJV-0.6/1.0kV型或NH-YJV-0.6/1.0kV型；其他导线采用ZA-BV型铜芯阻燃聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆电线，机房末端精密空调主电源线也可采用聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套软线，如RVVZ-3×25+2×16。
　　
　　金融业数据中心弱电系统电缆的选择：模拟信号的测量、控制电缆一般采用ZA-RVVP-300/500V型，数字(开关)信号控制电缆采用ZA-RVVP-300/500V型。
　　
　　3.机房模块末端智能母线、电缆选择
　　
　　目前随着智算设备使用越来越广泛，金融业数据中心机房模块机柜功率密度变化较大，不同密度机柜给配电造成不确定性，因此机房模块内机柜供电除了传统外柜方案外，智能小母线由于相对于电缆较不易发热、相对更节能、节约机房及走廊空间、施工周期更短等特点，虽然初期投入成本较高，在保证供电可靠性的同时，又使得运维更加便捷，更加适合金融行业智算中心机房对末端配电方式的选择，动力母线+智能小母线方案越来越广泛使用。
　　
　　作为末端配电方式，传统列头柜方案UPS输出柜到列头柜电缆一般采用铜芯交联聚乙烯绝缘低烟无卤阻燃电缆(WDZA-YJY)，如WDZAN-YJY-4x95mm²+E50mm²，列头柜到PDU电缆一般选用WDZA-YJY型，如WDZA-YJY-0.6/1kV3×6mm²或WDZA-YJY-0.6/1kV5×16mm²，或选用ZR-RVVP型屏蔽软线，也有项目使用水冷系统且冷冻水进入机房，为了更加安全，列头柜到PDU电缆采用丙烯酸氢丁内酯铝丝缠绕组装聚氯乙烯外套用电力电缆CEF82/SA，如列头柜到电源连接器电源电缆(单相)/32A电流CEF82-SA-3×6mm²/0.6-1.0kV。
　　
　　三、母线电缆安装施工要求
　　
　　目前企业金融业数据中心电缆线路采用电缆桥架敷设，无桥架处电力支线一般穿镀锌钢管敷设。线路及安装须符合GB50217等有关规范的要求。桥架一般采用封闭热镀锌钢制线槽，桥架切割处需经过处理，不得有切口或毛刺，线缆出桥架开孔处须安装橡皮护套。
　　
　　线缆在桥架、电工管内布放，导线的载流量预留和桥架、管内空间裕量应满足配电系统的扩充及工艺标准要求；电缆须在桥架内整齐、分类布置，电缆端接完成后，须用用绝缘检测仪检查绝缘是否符合规范要求；电缆不允许有中间接头；在电缆桥架上敷设的电缆在进入和引出桥架时，需穿镀锌钢管、金属蛇皮管、挠性金属套管或配线槽等保护；配电线路在穿过楼层时，通过专门的竖井，水平安装时，布放在专门设置的线槽(线管中)，所有穿墙过孔的桥架或管线均需加设套管或套筒，并需按规范进行防火封堵。
　　
　　电缆桥架内敷设的电缆，须严格按照水平敷设每隔2m，垂直在桥架内敷设的每隔1.5m应用尼龙卡带绑线或金属卡子进行固定；线缆的固定及转弯半径等安装严格依相关规范要求执行；电缆敷设时应设置防止电缆磨损打滑措施，其强度、裕度满足规范要求；电缆敷设时，在转弯处两端和直线段内应均匀地用尼龙扎带绑扎牢固。
　　
　　金属线管敷设时，线管表面不应有穿孔、裂缝和明显的凹凸不平，内壁光滑，不允许有锈蚀；为了防止在穿电缆时划伤电缆，管口应无毛刺和尖锐棱角；金属管在弯曲后，不应有裂缝和明显的凹痕现象。
　　
　　金属线槽敷设时，线槽与中间用接头连接板拼接，螺丝应拧紧。两线槽拼接处水平偏差不应超过2mm，转弯半径不应小于线缆的最小允许弯曲半径。
　　
　　母线产品的直身段长度大致在3米左右，现场安装时，在现场将每节母线直身段与直身段之间采用不同的形式连接完成构成一条完整的母线，母线系统直身段与直身段导体连接松动将直接造成连接点严重发热，导体严重发热就进一步导致导体表面氧化进一步导致连接点连接接触的恶化，严重影响供电直到供电中断。
　　
　　智能母线系统在一定区域内也必须配置有场地人机界面。操作人员也可以方便地在人机界面上观察母线主进线以及各个母线插接箱输出分支回路的运行数据，包括各回路的电压、电流、功率以及开关状态与各种报警信息。
　　
　　四、电力母线电缆故障分析
　　
　　无论是高压电缆或低压电缆，在施工安装、运行过程中经常因短路、过负荷运行、绝缘老化或外力损坏等原因造成故障。电缆故障分为接地、短路、断线三类。三芯电缆故障类型主要有以下几方面：
　　
　　1）一芯或两芯接触；
　　
　　2）二相芯绕组短路；
　　
　　3）三相芯绕完全短路；一相芯绕断线或多相断线。
　　
　　在变电所运行过程中，有时遇到10KV高压线路缺相的故障，会出现低压开关释放、跳闸、低压全部停电和三相输出不平衡的现象。缺相会造成使用三相电源的设备无法正常工作、烧坏设备以及变压器缺相运行温度升高，内部线圈烧坏、短路等，后果非常严重。
　　
　　造成故障的原因主要有以下几种：
　　
　　1）因大风及恶劣天气造成高压线路断线；
　　
　　2）地下电缆因施工、陈旧等造成断线；
　　
　　3）自身设备用电负荷大，偏相严重造成变压器高压侧电流增大将保险烧断；
　　
　　4）高压隔离开关使用年限较长，锈蚀严重未及时进行维修更换；
　　
　　5）高压开关柜刀闸接触不良，真空开关闭合不到位。
　　
　　五、典型案例
　　
　　1.案例1
　
　　某数据中心在电缆安装过程中使用电动葫芦或专用穿线机进行电缆穿线，造成电缆多处外皮被刮伤、绝缘层损伤，交流耐压试验经常无法发现绝缘损坏，但在进行开机调试、压力测试或实际运行过程中出现电缆相间打火、短路或对地短路故障，造成严重后果。
　　
　　电缆损伤情况见图2、3所示。
　　
　　原因分析：
　　
　　1）电缆桥架边缘毛刺或锐角未打磨光滑，电缆拖拽时直接刮破外皮；
　　
　　2）金属桥架切割面未处理，形成锋利切口划伤电缆；
　　
　　3）在电缆穿线过程中未加装橡胶护套进行防护；
　　
　　4）敷设时牵引力过大或斜拉硬拽，使电缆与桥架锐边剧烈摩擦；
　　
　　5）新敷设电缆未用兆欧表检测外皮完整性，隐蔽工程验收不仔细。
　　
　　2.案例2
　　
　　案例描述:陕西330千伏南郊变(相同地址110千伏韦曲变)主变烧损事故。
　　
　　2016年X月X日凌晨，西安市长安区凤栖路与北长安街十字路口某电缆沟道井口发生爆炸；随即，110千伏韦曲变2台主变及330伏南郊1台主变相继起火；约2分钟后，330千伏南郊变6回出线相继跳闸，造成西安市停电用户8.65万户，包括许多金融用户单路市电中断，直到一个多月以后才完全恢复。
　　
　　电缆故障分析:根本原因为西安市长安区凤栖路一个电缆沟道电缆(ZRYJV22-35kV-3×240mm2)中间接头打火,同时沟道内存在可燃气体,引发闪爆,正好330千伏南郊变综自、直流系统改造,蓄电池未正常联接在直流母线,全站保护及控制回路失去直流电源,造成故障越级。
　　
　　原因分析:此次故障主要由于供电公司资产电缆与用户资产电缆同沟敷设,运维职责不清,供电线路线缆日常维护不到位,缺乏有效的监测手段,设备健康状况偏低,安全措施不完善。
　　
　　3.案例3
　　
　　案例描述:2006年X月X日,某银行数据中心园区物业部门在机房改造施工过程中,需要铺设电缆,对地板下已有的UPS输出电缆造成拖拽,同时由于此电缆接点处绝缘胶带老化,导致在拖拽过程中同线槽摩擦并对地发生短路,导致UPS输出短路,逆变器保护,自动切换UPS旁路时,由于旁路过载,切换旁路失败,同时UPS输入开关跳闸,机房供电全部中断。通过应急处理,机房于20分钟后全辖柜面业务、自助业务恢复正常。
　　
　　原因分析:
　　
　　1）机房设备和办公设备共用UPS电源,同时机房供配电系统管理维护职能不统一,施工时缺少充分的信息沟通和风险评估;
　　
　　2）施工前未提交变更申请;
　　
　　3）电缆老化严重,单母线供配电系统架构设计不合理,存在严重单点故障隐患。
　　
　　六、总结
　　
　　对数据中心维护工作的调查中,发现很少有用户会对母线槽、电缆定期进行检测,与配电柜、UPS和空调等设备相比,巡检维护的频次明显偏低,认为密集母线槽和电力电缆功能简单,只要外观没有明显的损坏就不会故障,导致母线槽、电力电缆的维护通常被忽视掉,与其重要程度严重不匹配。当母线槽、电力电缆真正出现故障的时候,因其停电范围大、修复时间长,如果处理不慎可能造成毁灭性的后果。因此我们不仅要重视对数据中心供电系统母线、电缆配置、选择和安装,也要对日常运维工作加以充分重视,以此来有效保证数据中心供电系统的供电安全性和稳定性。作者简介
　　
　　李崇辉，男，大学本科，高级工程师，计算机用户协会数据中心分会专家委员会副主任，从事数据中心建设、运维工作三十多年；参编《数据中心基础设施运行维护标准》GB/T51314-2018、《信息化项目建设预算定额》等多项国家、行业等数据中心相关标准；发表《从运维菜鸟到大咖,你还有多远:数据中心设施运维指南》、《IT运维服务管理》、《数据中心机房搬迁实用指南》等30余篇论文、著作。
　　
　　段辛亮，北京国安电气有限责任公司工程师，二级建造师（机电安装）,现为中信银行信息技术研发基地项目经理部技术负责人，从事电气工程施工技术管理工作20年，发表《研究银行数据中心供配电系统的控制方案》、金融行业数据中心供配电系统保护回路分析与研究等著作。
　　
　　编辑：Harris
　　
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