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：如何保障整個供電系統(tǒng)的安全將是數(shù)據(jù)中心建設(shè)所面臨和思考的重大問題，隨著當前大數(shù)據(jù)中心建設(shè)的規(guī)模、等級、供電系統(tǒng)的復雜程度越來越高，在整個供電系統(tǒng)的安全供電和安全運維上，僅僅依賴于柴油發(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足大中型數(shù)據(jù)中心在供電發(fā)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(shù)據(jù)中心10kV供電系統(tǒng)可能出現(xiàn)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(guān)拒分拒合、按照供電工藝要求，預先設(shè)置與之對應的應急切換方案，當故障發(fā)生時系統(tǒng)自動根據(jù)故障場景進行邏輯判斷，完成預案設(shè)置的10kV系統(tǒng)故障報警、備自投、自動投切等自動控制功能，實現(xiàn)系統(tǒng)盡快恢復供電，快速的指導運維人員處理供電系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)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(tǒng)更加安全可靠，致力于提高數(shù)據(jù)中心整個系統(tǒng)持續(xù)運行的安全可靠性。

 

柴發(fā)聯(lián)合控制邏輯系統(tǒng)圖

 

 

一、控制邏輯的目的

 

數(shù)據(jù)中心是為集中放置的電子信息設(shè)備提供運行環(huán)境的建筑場所，是推行“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略發(fā)展的重要支撐平臺，近些年來蓬勃發(fā)展，規(guī)模和數(shù)量增長迅速。對于數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)，《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》gb50174-2017要求，a級數(shù)據(jù)中心需要“具備雙重市電”，同時“宜配備柴油發(fā)電機組作為后備電源”。為確保數(shù)據(jù)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、高低壓開關(guān)柜等發(fā)輸配電設(shè)備可靠工作，同時功能完備的柴油發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)可以持續(xù)收集和管理設(shè)備的運行狀態(tài)，便于集中控制管理，進一步保障可靠安全運行。

目前，數(shù)據(jù)中心后備電源系統(tǒng)多臺柴油發(fā)電機組并聯(lián)使用時，傳統(tǒng)的方式為通過設(shè)置優(yōu)先級來控制優(yōu)先級別較高的機組進行并機，這種方式并機的時間受優(yōu)先級高的機組影響，甚至會造成優(yōu)先級別較低的機組無法進行并機。

 

通用型配電系統(tǒng)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(tǒng)的設(shè)計，嚴格遵循數(shù)據(jù)中心設(shè)計要求，結(jié)合實際運維的需求進行深化設(shè)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(shè)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；兩路市電進線開關(guān)、市電母聯(lián)開關(guān)、兩路油機電源進線開關(guān)為五選二邏輯關(guān)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(guān)，再執(zhí)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(jù)數(shù)據(jù)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(guān)，逐步恢復供電。

為了10KV供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，按招標要求方案設(shè)計時只考慮10KV系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)場確認后再手動操作。

3、反措預案控制系統(tǒng)的功能

10kV反措預案控制系統(tǒng)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(wù)，因此高壓配電系統(tǒng)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(tǒng)因保護動作使配電設(shè)備斷路器跳閘動作時，控制系統(tǒng)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(tǒng)的分期配置設(shè)計

整個系統(tǒng)設(shè)計應考慮后期系統(tǒng)擴建的的需求，確保后期擴建系統(tǒng)能接入，并對原有系統(tǒng)不會造成影響，控制程序只按當期進行設(shè)計，后期系統(tǒng)擴容時再進行控制程序的升級。

 

 

三、市電和柴發(fā)切換控制邏輯

 

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

當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)電機并機控制系統(tǒng)發(fā)出指令啟動所有發(fā)電機組，并在應急（并機）母線上進行逐臺并機。當發(fā)電機組并機臺數(shù)達到11臺（可根據(jù)負荷調(diào)整數(shù)量）時，機組完成并機，并機控制系統(tǒng)再次發(fā)出指令閉合應急母線上的饋電開關(guān)，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(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。

市電電源恢復后，運維人員手動逐級切換恢復至市電電源供電狀態(tài)，同時要求具備自動恢復功能，當設(shè)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(shù)，判斷市電電源已符合電源正常條件時，先控制跳開發(fā)電機組進線開關(guān)，確認跳開信號后（若未得到跳開信號應立即發(fā)出報警信號并聯(lián)鎖暫停下一步操作），跳開饋線至變壓器的輸出開關(guān)，再合上市電電源10kV 進線開關(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)電機組停機延時時間到后發(fā)出機組停機命令。自動狀態(tài)下，在柴發(fā)并機完成，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線開關(guān)，再延時5s后向發(fā)電機組并機控制系統(tǒng)發(fā)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(xiàn)人工恢復操作，備自投，不自復；

 

上述架構(gòu)為了更加清晰的介紹了數(shù)據(jù)中心機房的電力架構(gòu)和柴油發(fā)電機組的工作模式和切換邏輯，拆分的情況，各個數(shù)據(jù)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(shù)量和流程。數(shù)據(jù)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，會隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模和等級的不同而復雜多樣。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)的可靠性起到深遠意義。

 

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