新聞主題	多臺柴發(fā)機組并聯(lián)和市電切換的控制邏輯

 

摘要：如何保障整個(gè)供電系統的安全將是數據中心建設所面臨和思考的重大問(wèn)題，隨著(zhù)當前大數據中心建設的規模、等級、供電系統的復雜程度越來(lái)越高，在整個(gè)供電系統的安全供電和安全運維上，僅僅依賴(lài)于柴油發(fā)電機組運維人員的經(jīng)驗、技能水平的以往人工操作顯然已不能滿(mǎn)足大中型數據中心在供電發(fā)生故障時(shí)，能夠在條件有限的情況下快速恢復供電這一重要需求。

 

當數據中心10kV供電系統可能出現各種不同故障場(chǎng)景，如市電正常、一路市電失電、兩路市電失電、備用電源失電、市電保護跳閘、饋線(xiàn)保護跳閘、開(kāi)關(guān)拒分拒合、按照供電工藝要求，預先設置與之對應的應急切換方案，當故障發(fā)生時(shí)系統自動(dòng)根據故障場(chǎng)景進(jìn)行邏輯判斷，完成預案設置的10kV系統故障報警、備自投、自動(dòng)投切等自動(dòng)控制功能，實(shí)現系統盡快恢復供電，快速的指導運維人員處理供電系統在運行過(guò)程中出現的不同故障，減少故障時(shí)由運維人員手動(dòng)操作導致的誤判斷、誤操作。使運維更加簡(jiǎn)單便捷，使系統更加安全可靠，致力于提高數據中心整個(gè)系統持續運行的安全可靠性。

 

柴發(fā)聯(lián)合控制邏輯系統圖

 

 

一、控制邏輯的目的

 

數據中心是為集中放置的電子信息設備提供運行環(huán)境的建筑場(chǎng)所，是推行“互聯(lián)網(wǎng)+”戰略發(fā)展的重要支撐平臺，近些年來(lái)蓬勃發(fā)展，規模和數量增長(cháng)迅速。對于數據中心的供電系統，《數據中心設計規范》gb50174-2017要求，a級數據中心需要“具備雙重市電”，同時(shí)“宜配備柴油發(fā)電機組作為后備電源”。為確保數據中心可靠、完備、正常的柴油發(fā)電機組后備電源發(fā)輸配電要求，要求變壓器、柴油發(fā)電機組、高低壓開(kāi)關(guān)柜等發(fā)輸配電設備可靠工作，同時(shí)功能完備的柴油發(fā)電機組監控系統可以持續收集和管理設備的運行狀態(tài)，便于集中控制管理，進(jìn)一步保障可靠安全運行。

目前，數據中心后備電源系統多臺柴油發(fā)電機組并聯(lián)使用時(shí)，傳統的方式為通過(guò)設置優(yōu)先級來(lái)控制優(yōu)先級別較高的機組進(jìn)行并機，這種方式并機的時(shí)間受優(yōu)先級高的機組影響，甚至會(huì )造成優(yōu)先級別較低的機組無(wú)法進(jìn)行并機。

 

通用型配電系統圖

 

二、運行功能需求

 

1、控制邏輯遵循下列原則

10kV反措預案控制系統的設計，嚴格遵循數據中心設計要求，結合實(shí)際運維的需求進(jìn)行深化設計，整個(gè)控制邏輯在編程之前提交給甲方進(jìn)行確認?？刂七壿嬜裱铝性瓌t設計：

各中壓配電所引入的兩路10kV市電之間、所有發(fā)電機電源和10kV市電電源之間不允許并網(wǎng)運行，同一段母線(xiàn)市電電源與油機電源不允許并網(wǎng)運行。為二選一邏輯關(guān)系；兩路市電進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)、市電母聯(lián)開(kāi)關(guān)、兩路油機電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)為五選二邏輯關(guān)系。

2、電源總進(jìn)線(xiàn)的運行方式

為避免帶負荷送電，市電失電后需由油機備用電源供電時(shí)，先需斷開(kāi)對應失電母線(xiàn)上所有饋出線(xiàn)斷路器開(kāi)關(guān)，再執行單\雙路市電失電的自動(dòng)化切換控制邏輯；當失電母線(xiàn)重新帶電時(shí)（切換至油機電源供電），根據數據中心工藝要求或負荷等級的重要程度依次遙控合閘饋線(xiàn)斷路器開(kāi)關(guān)，逐步恢復供電。

為了10KV供電系統的安全穩定，按招標要求方案設計時(shí)只考慮10KV系統無(wú)法滿(mǎn)足供電需求時(shí)的自動(dòng)控制投切功能，當市電恢復或者故障解除后，系統不需要做自復功能控制，由運維人員跟上級供電部門(mén)核實(shí)確認之后，并進(jìn)行現場(chǎng)確認后再手動(dòng)操作。

3、反措預案控制系統的功能

10kV反措預案控制系統主要是在市電失電時(shí)完成恢復供電的切換，為智能運維管理的提供保障服務(wù)，因此高壓配電系統保護功能由綜合保護裝置完成，如速斷，過(guò)流、過(guò)載保護、短路保護，變壓器超高溫跳閘等所有保護功能，當綜合繼電保護系統因保護動(dòng)作使配電設備斷路器跳閘動(dòng)作時(shí)，控制系統將閉鎖應不動(dòng)作，但提供相應的告警信號告知運行維護人員。

4、反措預案控制系統的分期配置設計

整個(gè)系統設計應考慮后期系統擴建的的需求，確保后期擴建系統能接入，并對原有系統不會(huì )造成影響，控制程序只按當期進(jìn)行設計，后期系統擴容時(shí)再進(jìn)行控制程序的升級。

 

 

三、市電和柴發(fā)切換控制邏輯

 

每段市電電源進(jìn)線(xiàn)前端的PT 狀態(tài)由本段母線(xiàn)上的控制器進(jìn)行監測，當兩路市電的PT均失電，且市電進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)未分閘（開(kāi)關(guān)無(wú)保護分閘）時(shí)，延時(shí)4s對兩路市電開(kāi)關(guān)進(jìn)行分閘，分閘后延時(shí)2s 對發(fā)電機組并機控制系統發(fā)出啟動(dòng)機組的信號。

當同時(shí)收到任意一組內兩臺控制器發(fā)來(lái)的啟動(dòng)信號時(shí)，柴油發(fā)電機并機控制系統發(fā)出指令啟動(dòng)所有發(fā)電機組，并在應急（并機）母線(xiàn)上進(jìn)行逐臺并機。當發(fā)電機組并機臺數達到11臺（可根據負荷調整數量）時(shí)，機組完成并機，并機控制系統再次發(fā)出指令閉合應急母線(xiàn)上的饋電開(kāi)關(guān)，應急母線(xiàn)向市電母線(xiàn)輸出電能。

當市電母線(xiàn)上的備用電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)前端的PT 被檢測到帶電，且監測市電無(wú)壓后，斷開(kāi)本段母線(xiàn)上3個(gè)（二、三、四層）饋電變壓器的饋電開(kāi)關(guān)（一層饋電變壓器的饋電開(kāi)關(guān)不斷開(kāi)）。首先延時(shí)2 s，閉合本段母線(xiàn)上的備用電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)；其次延時(shí)5 s，閉合本段母線(xiàn)上饋電至二層變壓器的饋電開(kāi)關(guān)；再次延時(shí)5 s，閉合本段母線(xiàn)上饋電至三層變壓器的饋電開(kāi)關(guān)；最后延時(shí)5 s，閉合本段母線(xiàn)上饋電至四層變壓器的饋電開(kāi)關(guān)。此時(shí)，完成市電電源向備用電源的切換和備用電源分步加載的過(guò)程，另一段母線(xiàn)控制要求同上。

市電電源恢復后，運維人員手動(dòng)逐級切換恢復至市電電源供電狀態(tài)，同時(shí)要求具備自動(dòng)恢復功能，當設置為自動(dòng)恢復時(shí)，要求如下。市電電源恢復后，10kV 自動(dòng)切換裝置會(huì )讀取綜保參數，判斷市電電源已符合電源正常條件時(shí)，先控制跳開(kāi)發(fā)電機組進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，確認跳開(kāi)信號后（若未得到跳開(kāi)信號應立即發(fā)出報警信號并聯(lián)鎖暫停下一步操作），跳開(kāi)饋線(xiàn)至變壓器的輸出開(kāi)關(guān)，再合上市電電源10kV 進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，之后按照5s步距，逐步閉合市電電源母線(xiàn)上饋電至每層變壓器的輸出開(kāi)關(guān)，并在設定的發(fā)電機組停機延時(shí)時(shí)間到后發(fā)出機組停機命令。自動(dòng)狀態(tài)下，在柴發(fā)并機完成，備用電源開(kāi)關(guān)尚未閉合前，若市電電源來(lái)電，則終止柴發(fā)帶載邏輯，切換至市電側帶載。

一路市電失電后由另一路市電帶兩段母線(xiàn)時(shí)，此時(shí)如果第二路市電再失電，則斷開(kāi)母線(xiàn)開(kāi)關(guān)，并延時(shí)4s后斷開(kāi)第二路市電進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，再延時(shí)5s后向發(fā)電機組并機控制系統發(fā)出啟動(dòng)機組的信號。逐步完成市電電源向備用電源的切換和備用電源分步加載的過(guò)程。若油機測試時(shí)兩路市電失電，此時(shí)為手動(dòng)操作，不涉及控制邏輯。

 

四、運行方式組合

 

方式	組合情況
方式1	2路市電正常運行方式。
方式2	1路市電正常，2市電失電運行方式
方式3	2路市電正常，1路市電失電運行方式*
方式4	2路市電故障，2路柴油機分段供電運行方式
方式5	2路市電故障，A路柴油機分段進(jìn)線(xiàn)正常，B路柴油機分段進(jìn)線(xiàn)故障，供電運行方式。
方式6	2路市電故障，B路柴油機分段進(jìn)線(xiàn)正常，A路柴油機分段進(jìn)線(xiàn)故障，供電運行方式。
方式7	故障排除或是市電正常后，實(shí)現人工恢復操作，備自投，不自復；

 

上述架構為了更加清晰的介紹了數據中心機房的電力架構和柴油發(fā)電機組的工作模式和切換邏輯，拆分的情況，各個(gè)數據中心的控制策略可以靈活的選擇，并配備EOP響應下的人員數量和流程。數據中心柴油發(fā)電機的控制邏輯非常重要，適用于多種情況下的市電失電及市電恢復等情形，會(huì )隨著(zhù)數據中心建設規模和等級的不同而復雜多樣。它是數據中心供電系統的安全、可靠以及長(cháng)久的強力保障，對提高數據中心整個(gè)系統的可靠性起到深遠意義。

 

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