數(shù)據(jù)中心中壓ATS自動(dòng)投切系統(tǒng)分析

陳 偉

（杭州越海電力工程技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引 言

近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，在很多場(chǎng)所，尤其是大的數(shù)據(jù)中心，常用的低壓400 V交流備用柴油發(fā)電機(jī)組由于輸電線(xiàn)線(xiàn)徑大、線(xiàn)損大、橋架多、難于敷設(shè)和造價(jià)高等缺陷而難以滿(mǎn)足實(shí)際需求，此時(shí)10 kV高壓交流備用發(fā)電機(jī)組就充分體現(xiàn)出了它的價(jià)值。伴隨高壓交流備用發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用，10 kV中壓ATS自動(dòng)投切系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心也得到了廣泛的應(yīng)用。

1 數(shù)據(jù)中心綜合供電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

目前，大型數(shù)據(jù)中心采用多電源系統(tǒng)供電，實(shí)現(xiàn)了從單一的電源設(shè)備向綜合供電系統(tǒng)的演變。圖1為數(shù)據(jù)中心綜合供電系統(tǒng)。

系統(tǒng)運(yùn)行要求具體如下。

（1）正常運(yùn)行時(shí)，兩路10 kV市電電源各帶一段負(fù)荷運(yùn)行，分段開(kāi)關(guān)與兩路油機(jī)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)處于分閘位置。

（2）其中任何一路市電電源失電時(shí)，合分段開(kāi)關(guān)由另一路市電供電，失電側(cè)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)與兩路油機(jī)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)處于分閘位置。

（3）兩路市電均失電時(shí)，兩市電開(kāi)關(guān)、分段開(kāi)關(guān)均分閘，由兩回油機(jī)電源啟動(dòng)各帶一段母線(xiàn)運(yùn)行。

（4）任何一路市電恢復(fù)供電時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行，分段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘，由該路市電帶兩段母線(xiàn)負(fù)載運(yùn)行。

（5）兩路市電均恢復(fù)供電時(shí)，恢復(fù)正常運(yùn)行式。

圖1 數(shù)據(jù)中心綜合供電系統(tǒng)

2 組合式中壓ATS方案（傳統(tǒng)方案）

組合式中壓ATS是采用PLC或綜保搭接方案，涉及兩路市電兩油機(jī)與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)共五個(gè)開(kāi)關(guān)，圖2為系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。

此系統(tǒng)涉及四個(gè)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)和一個(gè)母聯(lián)開(kāi)關(guān)，中壓配電不同于低壓配電，若考慮整個(gè)數(shù)據(jù)中心電力系統(tǒng)的自動(dòng)切換問(wèn)題，需要做好完善的備自投、自復(fù)邏輯和系統(tǒng)性問(wèn)題，而不是只判斷信號(hào)來(lái)做自動(dòng)化分合的邏輯。

需要考慮的問(wèn)題點(diǎn)有3個(gè)，具體如下。

（1）五個(gè)開(kāi)關(guān)的聯(lián)鎖問(wèn)題：本側(cè)兩個(gè)電源不能合環(huán)；本側(cè)的任一電源不能與對(duì)側(cè)的任一電源合環(huán)[1]。

（2）負(fù)載控制問(wèn)題：中壓油機(jī)電源有一些特殊性，大負(fù)載在發(fā)電機(jī)組上瞬間會(huì)形成較大的沖擊電流，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的停運(yùn)。因此，必須對(duì)連接到發(fā)電機(jī)組上的負(fù)載做逐級(jí)投切控制系統(tǒng)，在發(fā)電機(jī)電源投入之前，逐級(jí)投切功能可對(duì)負(fù)載進(jìn)行逐級(jí)減載，在發(fā)電機(jī)電源投入之后進(jìn)行逐級(jí)加載，保障發(fā)電機(jī)的正常、可靠運(yùn)行。（順序加載、順序減載）。

（3）運(yùn)行模式切換問(wèn)題：完善的自動(dòng)模式與手動(dòng)操作模式。

圖2 組合式中壓ATS方案

3 整體式中壓ATS解決方案

圖3中，QS5、QS6、QS7兩進(jìn)線(xiàn)一母聯(lián)做備自投功能，實(shí)現(xiàn)單路市電失電，市電優(yōu)先原則先分故障市電進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)后合母聯(lián)開(kāi)關(guān)，由正常市電帶兩段母線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電；當(dāng)兩路市電失電，啟動(dòng)油機(jī)，由中壓ATS切換到油機(jī)電源實(shí)現(xiàn)供電。

該方案層級(jí)清晰，聯(lián)鎖可靠。QS5、QS6、QS7三個(gè)開(kāi)關(guān)做電氣聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)三選二，QS1、QS3（QS2、QS4）兩個(gè)開(kāi)關(guān)做中壓ATS，具備實(shí)現(xiàn)二選一。在任何情況下防止電源發(fā)生合環(huán)。

圖3 整體式中壓ATS解決方案

4 組合式中壓ATS方案與整體式中壓ATS方案綜合對(duì)比

4.1 兩種方案整體對(duì)比

表1為兩種方案整體對(duì)比表。

4.2 組合式中壓ATS方案（傳統(tǒng)方案）存在的問(wèn)題

（1）PLC控制方式的聯(lián)鎖只能做五選二的電氣聯(lián)鎖，聯(lián)鎖失效的概率增大，那10 kV電源出現(xiàn)錯(cuò)誤合環(huán)的概率就會(huì)變大。

（2）PLC控制的邏輯需要考慮完善的備自投和自復(fù)的邏輯，尤其是自復(fù)的邏輯極其復(fù)雜，以一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)為例：兩油機(jī)開(kāi)關(guān)在分別帶兩段母線(xiàn)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)時(shí)，如果其中一路市電恢復(fù)，按運(yùn)行要求來(lái)講需要恢復(fù)市電運(yùn)行方式，但此時(shí)的自復(fù)邏輯的充分條件如何來(lái)完成？

（3）PLC控制五個(gè)開(kāi)關(guān)的邏輯同時(shí)，還需要考慮負(fù)載的控制問(wèn)題，因?yàn)橹袎河蜋C(jī)的對(duì)負(fù)載的突加與突減是有相應(yīng)的性能要求的，需要對(duì)負(fù)載做順序的投切。

表1 兩種方案整體對(duì)比表

表2 兩種方案功能、性能及可操作性的對(duì)比

4.3 兩種方案功能、性能及可操作性的對(duì)比

表2為兩種方案功能、性能及可操作性的對(duì)比比較[2-6]。

5 結(jié) 論

目前，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心有些采用整體式中壓ATS方案，還有一部分采用組合式中壓ATS方案。組合式中壓ATS方案控制邏輯復(fù)雜、安全性相對(duì)不可靠、價(jià)格相對(duì)低，而整體式中壓ATS方案對(duì)比組合式中壓ATS方案恰恰反之。