多臺(tái)柴發(fā)機(jī)組并聯(lián)和市電切換的控制邏輯
如何保障整個(gè)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(dāng)前大數(shù)據(jù)中心建設(shè)的規(guī)模、等級、供電系統(tǒng)的復(fù)雜程度越來越高，在整個(gè)供電系統(tǒng)的安全供電和安全運(yùn)維上，僅僅依賴于柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)維人員的經(jīng)驗(yàn)、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(shí)，能夠在條件有限的情況下快速恢復(fù)供電這一重要需求。
當(dāng)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(hù)跳閘、饋線保護(hù)跳閘、開關(guān)拒分拒合、按照供電工藝要求，預(yù)先設(shè)置與之對應(yīng)的應(yīng)急切換方案，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)故障場景進(jìn)行邏輯判斷，完成預(yù)案設(shè)置的10kv系統(tǒng)故障報(bào)警、備自投、自動(dòng)投切等自動(dòng)控制功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)盡快恢復(fù)供電，快速的指導(dǎo)運(yùn)維人員處理供電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的不同故障，減少故障時(shí)由運(yùn)維人員手動(dòng)操作導(dǎo)致的誤判斷、誤操作。使運(yùn)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(gè)系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)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(yùn)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(tái)，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(jì)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(shí)“宜配備柴油發(fā)電機(jī)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(jī)組后備電源發(fā)輸配電要求，要求變壓器、柴油發(fā)電機(jī)組、高低壓開關(guān)柜等發(fā)輸配電設(shè)備可靠工作，同時(shí)功能完備的柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)可以持續(xù)收集和管理設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，便于集中控制管理，進(jìn)一步保障可靠安全運(yùn)行。
目前，數(shù)據(jù)中心后備電源系統(tǒng)多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)使用時(shí)，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(jī)組進(jìn)行并機(jī)，這種方式并機(jī)的時(shí)間受優(yōu)先級高的機(jī)組影響，甚至?xí)斐蓛?yōu)先級別較低的機(jī)組無法進(jìn)行并機(jī)。
通用型配電系統(tǒng)圖
二、運(yùn)行功能需求
1、控制邏輯遵循下列原則
10kv反措預(yù)案控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，嚴(yán)格遵循數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)要求，結(jié)合實(shí)際運(yùn)維的需求進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，整個(gè)控制邏輯在編程之前提交給甲方進(jìn)行確認(rèn)。控制邏輯遵循下列原則設(shè)計(jì)：
各中壓配電所引入的兩路10kv市電之間、所有發(fā)電機(jī)電源和10kv市電電源之間不允許并網(wǎng)運(yùn)行，同一段母線市電電源與油機(jī)電源不允許并網(wǎng)運(yùn)行。為二選一邏輯關(guān)系；兩路市電進(jìn)線開關(guān)、市電母聯(lián)開關(guān)、兩路油機(jī)電源進(jìn)線開關(guān)為五選二邏輯關(guān)系。
2、電源總進(jìn)線的運(yùn)行方式
為避免帶負(fù)荷送電，市電失電后需由油機(jī)備用電源供電時(shí)，先需斷開對應(yīng)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(dòng)化切換控制邏輯；當(dāng)失電母線重新帶電時(shí)（切換至油機(jī)電源供電），根據(jù)數(shù)據(jù)中心工藝要求或負(fù)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(fù)供電。
為了10kv供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，按招標(biāo)要求方案設(shè)計(jì)時(shí)只考慮10kv系統(tǒng)無法滿足供電需求時(shí)的自動(dòng)控制投切功能，當(dāng)市電恢復(fù)或者故障解除后，系統(tǒng)不需要做自復(fù)功能控制，由運(yùn)維人員跟上級供電部門核實(shí)確認(rèn)之后，并進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)后再手動(dòng)操作。
3、反措預(yù)案控制系統(tǒng)的功能
10kv反措預(yù)案控制系統(tǒng)主要是在市電失電時(shí)完成恢復(fù)供電的切換，為智能運(yùn)維管理的提供保障服務(wù)，因此高壓配電系統(tǒng)保護(hù)功能由綜合保護(hù)裝置完成，如速斷，過流、過載保護(hù)、短路保護(hù)，變壓器超高溫跳閘等所有保護(hù)功能，當(dāng)綜合繼電保護(hù)系統(tǒng)因保護(hù)動(dòng)作使配電設(shè)備斷路器跳閘動(dòng)作時(shí)，控制系統(tǒng)將閉鎖應(yīng)不動(dòng)作，但提供相應(yīng)的告警信號告知運(yùn)行維護(hù)人員。
4、反措預(yù)案控制系統(tǒng)的分期配置設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮后期系統(tǒng)擴(kuò)建的的需求，確保后期擴(kuò)建系統(tǒng)能接入，并對原有系統(tǒng)不會(huì)造成影響，控制程序只按當(dāng)期進(jìn)行設(shè)計(jì)，后期系統(tǒng)擴(kuò)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(shí)，延時(shí)4s對兩路市電開關(guān)進(jìn)行分閘，分閘后延時(shí)2s 對發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)機(jī)組的信號。
當(dāng)同時(shí)收到任意一組內(nèi)兩臺(tái)控制器發(fā)來的啟動(dòng)信號時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)并機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出指令啟動(dòng)所有發(fā)電機(jī)組，并在應(yīng)急（并機(jī)）母線上進(jìn)行逐臺(tái)并機(jī)。當(dāng)發(fā)電機(jī)組并機(jī)臺(tái)數(shù)達(dá)到11臺(tái)（可根據(jù)負(fù)荷調(diào)整數(shù)量）時(shí)，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(gè)（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(shí)2 s，閉合本段母線上的備用電源進(jìn)線開關(guān)；其次延時(shí)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(shí)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(shí)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(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(dòng)逐級切換恢復(fù)至市電電源供電狀態(tài)，同時(shí)要求具備自動(dòng)恢復(fù)功能，當(dāng)設(shè)置為自動(dòng)恢復(fù)時(shí)，要求如下。市電電源恢復(fù)后，10kv 自動(dòng)切換裝置會(huì)讀取綜保參數(shù)，判斷市電電源已符合電源正常條件時(shí)，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(bào)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(shí)時(shí)間到后發(fā)出機(jī)組停機(jī)命令。自動(dòng)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(shí)，此時(shí)如果第二路市電再失電，則斷開母線開關(guān)，并延時(shí)4s后斷開第二路市電進(jìn)線開關(guān)，再延時(shí)5s后向發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)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(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(yùn)行方式組合
方式
組合情況
方式1
2路市電正常運(yùn)行方式。
方式2
1路市電正常，2市電失電運(yùn)行方式
方式3
2路市電正常，1路市電失電運(yùn)行方式*
方式4
2路市電故障，2路柴油機(jī)分段供電運(yùn)行方式
方式5
2路市電故障，a路柴油機(jī)分段進(jìn)線正常，b路柴油機(jī)分段進(jìn)線故障，供電運(yùn)行方式。
方式6
2路市電故障，b路柴油機(jī)分段進(jìn)線正常，a路柴油機(jī)分段進(jìn)線故障，供電運(yùn)行方式。
方式7
故障排除或是市電正常后，實(shí)現(xiàn)人工恢復(fù)操作，備自投，不自復(fù)；
上述架構(gòu)為了更加清晰的介紹了數(shù)據(jù)中心機(jī)房的電力架構(gòu)和柴油發(fā)電機(jī)組的工作模式和切換邏輯，拆分的情況，各個(gè)數(shù)據(jù)中心的控制策略可以靈活的選擇，并配備eop響應(yīng)下的人員數(shù)量和流程。數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機(jī)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(fù)等情形，會(huì)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(gè)系統(tǒng)的可靠性起到深遠(yuǎn)意義。

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