中國儲能網(wǎng)訊：供電系統(tǒng)
隨著當(dāng)前大中型數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模、等級以及供電系統(tǒng)的復(fù)雜程度越來越高，柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，是保障數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)安全可靠的最后一道防線。市電電源和備用電源的切換控制邏輯更是數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的指揮中樞，起到至關(guān)重要的作用。
本文以某A 級數(shù)據(jù)中心10 kV 配電系統(tǒng)架構(gòu)圖為例，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、監(jiān)控配置、聯(lián)鎖控制以及逐級切換管理等方面探討數(shù)據(jù)中心市電電源與備用電源切換控制邏輯的設(shè)計理念及其重要性。
1 一次系統(tǒng)說明
1.1 市電電源配置
如圖1 所示，市電電源兩兩一組（1# 和2# 為一組，3# 和4# 為一組），同組兩路電源同時工作、互為備用，兩組市電電源采用分段單母線的接線形式，兩段母線間設(shè)置母聯(lián)開關(guān)。
1.2 備用電源配置
根據(jù)GB 50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》要求，（閉備用電源采用12 臺10 kV 柴油發(fā)電機(jī)組，按照11+1冗余配置，在一段母線上并機(jī)運(yùn)行。
2 自動監(jiān)控配置
2.1 備用電源監(jiān)控
備用電源設(shè)置并機(jī)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對整個備用電源系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。
2.2 市電電源監(jiān)控
每段市電配電母線處設(shè)置一臺控制器，控制功能可由PLC 實(shí)現(xiàn)，也可由綜保繼電器實(shí)現(xiàn)。控制器具備自動和手動功能，備用電源系統(tǒng)啟動監(jiān)控功能。同組兩臺控制設(shè)置通信，以實(shí)現(xiàn)相互監(jiān)視運(yùn)行和故障狀態(tài)，同步控制信號，確保同組兩段母線相同電源類型的進(jìn)線開關(guān)和饋電至同樓層的兩個饋電開關(guān)同時分閘或合閘。控制器監(jiān)視和控制功能至少應(yīng)包括以下11 點(diǎn)，以控制PLC-A 為例，其他與此相同。
一是監(jiān)測市電電源進(jìn)線前PT201A 的狀態(tài)，通過PT201A 監(jiān)測市電電源進(jìn)線狀態(tài)。
二是監(jiān)測市電電源進(jìn)線開關(guān)S201A的手車位置（試驗、工作）、開關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分?jǐn)啵_關(guān)保護(hù)動作分閘信號、故障狀態(tài)，控制S201A 分合閘。
三是監(jiān)測備用電源進(jìn)線前PT211A 的狀態(tài)，通過PT211A 監(jiān)測備用電源進(jìn)線狀態(tài)。
四是監(jiān)測備用電源進(jìn)線開關(guān)S211A 的手車位置（試驗、工作）、開關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分?jǐn)啵?，開關(guān)保護(hù)動作分閘信號、故障狀態(tài)，控制S211A 分合閘。
五是監(jiān)測母聯(lián)開關(guān)S245A 手車位置（試驗、工作）、開關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分?jǐn)啵?，開關(guān)保護(hù)動作分閘信號、故障狀態(tài)，控制S245A 分合閘。
六是監(jiān)測母線電壓PT4A。
七是監(jiān)測饋線開關(guān)S212A 手車位置（試驗、工作）、開關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分?jǐn)啵_關(guān)保護(hù)動作分閘信號、故障狀態(tài)，控制S212A 分合閘。
八是監(jiān)測饋線開關(guān)S213A 手車位置（試驗、工作）、開關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分?jǐn)啵?，開關(guān)保護(hù)動作分閘信號、故障狀態(tài)，控制S213A 分合閘。
九是監(jiān)測饋線開關(guān)S214A 手車位置（試驗、工作）、開關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分?jǐn)啵?，開關(guān)保護(hù)動作分閘信號、故障狀態(tài)，控制S214A 分合閘。
十是控制器PLC-A和發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制系統(tǒng)狀態(tài)的相互監(jiān)視。
十一是控制器PLC-A向發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送啟動機(jī)組的信號。
3 市電電源和備用電源切換控制邏輯
每段市電電源進(jìn)線前端的PT 狀態(tài)由本段母線上的控制器進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)兩路市電的PT均失電，且市電進(jìn)線開關(guān)未分閘（開關(guān)無保護(hù)分閘）時，延時4s對兩路市電開關(guān)進(jìn)行分閘，分閘后延時2s 對發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出啟動機(jī)組的信號。
當(dāng)同時收到任意一組內(nèi)兩臺控制器發(fā)來的啟動信號時，柴油發(fā)電機(jī)并機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出指令啟動所有發(fā)電機(jī)組，并在應(yīng)急（并機(jī)）母線上進(jìn)行逐臺并機(jī)。當(dāng)發(fā)電機(jī)組并機(jī)臺數(shù)達(dá)到11臺（可根據(jù)負(fù)荷調(diào)整數(shù)量）時，機(jī)組完成并機(jī)，并機(jī)控制系統(tǒng)再次發(fā)出指令閉合應(yīng)急母線上的饋電開關(guān)，應(yīng)急母線向市電母線輸出電能。
當(dāng)市電母線上的備用電源進(jìn)線開關(guān)前端的PT 被檢測到帶電，且監(jiān)測市電無壓后，斷開本段母線上3個（二、三、四層）饋電變壓器的饋電開關(guān)（一層饋電變壓器的饋電開關(guān)不斷開）。首先延時2 s，閉合本段母線上的備用電源進(jìn)線開關(guān)；其次延時5 s，閉合本段母線上饋電至二層變壓器的饋電開關(guān)；再次延時5 s，閉合本段母線上饋電至三層變壓器的饋電開關(guān)；最后延時5 s，閉合本段母線上饋電至四層變壓器的饋電開關(guān)。此時，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程，另一段母線控制要求同上。
市電電源恢復(fù)后，運(yùn)維人員手動逐級切換恢復(fù)至市電電源供電狀態(tài)，同時要求具備自動恢復(fù)功能，當(dāng)設(shè)置為自動恢復(fù)時，要求如下。市電電源恢復(fù)后，10kV 自動切換裝置會讀取綜保參數(shù)，判斷市電電源已符合電源正常條件時，先控制跳開發(fā)電機(jī)組進(jìn)線開關(guān)，確認(rèn)跳開信號后（若未得到跳開信號應(yīng)立即發(fā)出報警信號并聯(lián)鎖暫停下一步操作），跳開饋線至變壓器的輸出開關(guān)，再合上市電電源10kV 進(jìn)線開關(guān)，之后按照5s步距，逐步閉合市電電源母線上饋電至每層變壓器的輸出開關(guān)，并在設(shè)定的發(fā)電機(jī)組停機(jī)延時時間到后發(fā)出機(jī)組停機(jī)命令。自動狀態(tài)下，在柴發(fā)并機(jī)完成，備用電源開關(guān)尚未閉合前，若市電電源來電，則終止柴發(fā)帶載邏輯，切換至市電側(cè)帶載。
一路市電失電后由另一路市電帶兩段母線時，此時如果第二路市電再失電，則斷開母線開關(guān)，并延時4s后斷開第二路市電進(jìn)線開關(guān)，再延時5s后向發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出啟動機(jī)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程。若油機(jī)測試時兩路市電失電，此時為手動操作，不涉及控制邏輯。
4 市電電源之間的切換控制邏輯
每段市電電源進(jìn)線前端的PT 狀態(tài)由本段母線上的控制器進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)兩路市電電源中的任意一路市電電源進(jìn)線前端的PT 失電（假設(shè)#1 市電失電），且市電進(jìn)線開關(guān)未分閘（開關(guān)無保護(hù)分閘），而另外一路市電電源（#2 市電）進(jìn)線前端的PT 被檢測到帶電時，延時5 s 斷開失電的一路市電電源（#1 市電）母線上饋電至所有變壓器的輸出開關(guān)。再斷開此市電電源（#1 市電）進(jìn)線開關(guān)，然后閉合母聯(lián)開關(guān)，按照5 s 步距，分步閉合失電的市電電源（#1 市電）母線上饋電至變壓器的輸出開關(guān)。
當(dāng)失電的市電電源恢復(fù)供電時，至少經(jīng)過3 min，手動斷開母聯(lián)，恢復(fù)兩路市電供電。同時要求具備自動恢復(fù)功能，設(shè)置為自動恢復(fù)時，要求如下。當(dāng)市電電源恢復(fù)后，10 kV 自動切換裝置會讀取綜保數(shù)據(jù)，判斷市電電源已符合電源正常條件時，先跳開饋線至變壓器的輸出開關(guān)，再合市電10 kV 進(jìn)線開關(guān)，之后按照5 s 步距，逐步閉合市電電源母線上饋電至每層變壓器的輸出開關(guān)。
5 閉鎖要求
同組兩路市電進(jìn)線開關(guān)柜、兩路發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)柜以及母聯(lián)開關(guān)柜的斷路器之間設(shè)電氣聯(lián)鎖，只有兩只市電電源進(jìn)線開關(guān)及母聯(lián)開關(guān)均斷開時，才能閉合發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)。反之，只有兩只發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)均斷開時，才能閉合市電進(jìn)線開關(guān)和母線開關(guān)。由于兩只市電電源進(jìn)線開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)間設(shè)置有電氣聯(lián)鎖，因此3 只開關(guān)同一時間最多只能有兩只開關(guān)閉合。
6 系統(tǒng)配置
發(fā)電機(jī)組設(shè)備供應(yīng)商、10 kV 開關(guān)柜設(shè)備供應(yīng)商以及控制器集成商應(yīng)根據(jù)切換邏輯的要求進(jìn)行深化設(shè)計，實(shí)現(xiàn)本文中要求的功能。
切換過程中控制設(shè)備、信號設(shè)備或被控設(shè)備發(fā)生故障時，應(yīng)報警并轉(zhuǎn)為手動操作。
控制器向發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出發(fā)電機(jī)組啟動信號前，若本段母線市電電源進(jìn)線開關(guān)因保護(hù)分閘發(fā)出告警信號，則本段母線上市電電源和備用電源的切換、備用電源分步加載的自動邏輯終止（控制器仍需向并機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出發(fā)電機(jī)組啟動信號），由運(yùn)維人員排除故障后，手動操作實(shí)現(xiàn)切換和分步加載。
控制器向發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出發(fā)電機(jī)組啟動信號前，若本段母線上的某個饋電開關(guān)處于分閘狀態(tài)，則不能向該開關(guān)發(fā)出閉合信號，相對應(yīng)的另一段母線上饋線至和該變壓器同樓層的另一臺變壓器的饋線開關(guān)不受影響。
控制器采用綜保繼電器時，綜保繼電器應(yīng)具備足夠的輸入和輸出端口，具有靈活的編程工程，以滿足要求?？刂破鲬?yīng)具備通信接口，能將控制內(nèi)數(shù)據(jù)上傳是動環(huán)系統(tǒng)（電力監(jiān)控）。
市電電源向備用電源的切換和備用電源分步加載的過程建議在3min內(nèi)完成，該時間還包括發(fā)電機(jī)組的啟動、并機(jī)以及電能輸出。所有延時時間均滿足0～60s可調(diào)。
總結(jié)：數(shù)據(jù)中心市電電源和柴油發(fā)電機(jī)備用電源的切換控制邏輯非常重要，適用于多種情況下的市電失電及市電恢復(fù)等情形，會隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模和等級的不同而復(fù)雜多樣。它是數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的安全、可靠以及長久的強(qiáng)力保障，對提高數(shù)據(jù)中心整個系統(tǒng)的可靠性起到深遠(yuǎn)意義。
