新聞主題	多臺柴發機組并聯和市電切換的控制邏輯

 

摘要：如何保障整個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題，隨著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越高，在整個供電系統的安全供電和安全運維上，僅僅依賴于柴油發電機組運維人員的經驗、技能水平的以往人工操作顯然已不能滿足大中型數據中心在供電發生故障時，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、饋線保護跳閘、開關拒分拒合、按照供電工藝要求，預先設置與之對應的應急切換方案，當故障發生時系統自動根據故障場景進行邏輯判斷，完成預案設置的10kV系統故障報警、備自投、自動投切等自動控制功能，實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程中出現的不同故障，減少故障時由運維人員手動操作導致的誤判斷、誤操作。使運維更加簡單便捷，使系統更加安全可靠，致力于提高數據中心整個系統持續運行的安全可靠性。

 

柴發聯合控制邏輯系統圖

 

 

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境的建筑場所，是推行“互聯網+”戰略發展的重要支撐平臺，近些年來蓬勃發展，規模和數量增長迅速。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“宜配備柴油發電機組作為后備電源”。為確保數據中心可靠、完備、正常的柴油發電機組后備電源發輸配電要求，要求變壓器、柴油發電機組、高低壓開關柜等發輸配電設備可靠工作，同時功能完備的柴油發電機組監控系統可以持續收集和管理設備的運行狀態，便于集中控制管理，進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電機組并聯使用時，傳統的方式為通過設置優先級來控制優先級別較高的機組進行并機，這種方式并機的時間受優先級高的機組影響，甚至會造成優先級別較低的機組無法進行并機。

 

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，結合實際運維的需求進行深化設計，整個控制邏輯在編程之前提交給甲方進行確認。控制邏輯遵循下列原則設計：

各中壓配電所引入的兩路10kV市電之間、所有發電機電源和10kV市電電源之間不允許并網運行，同一段母線市電電源與油機電源不允許并網運行。為二選一邏輯關系；兩路市電進線開關、市電母聯開關、兩路油機電源進線開關為五選二邏輯關系。

2、電源總進線的運行方式

為避免帶負荷送電，市電失電后需由油機備用電源供電時，先需斷開對應失電母線上所有饋出線斷路器開關，再執行單\雙路市電失電的自動化切換控制邏輯；當失電母線重新帶電時（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斷路器開關，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只考慮10KV系統無法滿足供電需求時的自動控制投切功能，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核實確認之后，并進行現場確認后再手動操作。

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完成恢復供電的切換，為智能運維管理的提供保障服務，因此高壓配電系統保護功能由綜合保護裝置完成，如速斷，過流、過載保護、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作使配電設備斷路器跳閘動作時，控制系統將閉鎖應不動作，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，并對原有系統不會造成影響，控制程序只按當期進行設計，后期系統擴容時再進行控制程序的升級。

 

 

三、市電和柴發切換控制邏輯

 

每段市電電源進線前端的PT 狀態由本段母線上的控制器進行監測，當兩路市電的PT均失電，且市電進線開關未分閘（開關無保護分閘）時，延時4s對兩路市電開關進行分閘，分閘后延時2s 對發電機組并機控制系統發出啟動機組的信號。

當同時收到任意一組內兩臺控制器發來的啟動信號時，柴油發電機并機控制系統發出指令啟動所有發電機組，并在應急（并機）母線上進行逐臺并機。當發電機組并機臺數達到11臺（可根據負荷調整數量）時，機組完成并機，并機控制系統再次發出指令閉合應急母線上的饋電開關，應急母線向市電母線輸出電能。

當市電母線上的備用電源進線開關前端的PT 被檢測到帶電，且監測市電無壓后，斷開本段母線上3個（二、三、四層）饋電變壓器的饋電開關（一層饋電變壓器的饋電開關不斷開）。首先延時2 s，閉合本段母線上的備用電源進線開關；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；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；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。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。

市電電源恢復后，運維人員手動逐級切換恢復至市電電源供電狀態，同時要求具備自動恢復功能，當設置為自動恢復時，要求如下。市電電源恢復后，10kV 自動切換裝置會讀取綜保參數，判斷市電電源已符合電源正常條件時，先控制跳開發電機組進線開關，確認跳開信號后（若未得到跳開信號應立即發出報警信號并聯鎖暫停下一步操作），跳開饋線至變壓器的輸出開關，再合上市電電源10kV 進線開關，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，并在設定的發電機組停機延時時間到后發出機組停機命令。自動狀態下，在柴發并機完成，備用電源開關尚未閉合前，若市電電源來電，則終止柴發帶載邏輯，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時，此時如果第二路市電再失電，則斷開母線開關，并延時4s后斷開第二路市電進線開關，再延時5s后向發電機組并機控制系統發出啟動機組的信號。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程。若油機測試時兩路市電失電，此時為手動操作，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路柴油機分段進線正常，B路柴油機分段進線故障，供電運行方式。
方式6	2路市電故障，B路柴油機分段進線正常，A路柴油機分段進線故障，供電運行方式。
方式7	故障排除或是市電正常后，實現人工恢復操作，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電機組的工作模式和切換邏輯，拆分的情況，各個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，會隨著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、可靠以及長久的強力保障，對提高數據中心整個系統的可靠性起到深遠意義。

 

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