王 亮

(中元國際(上海)工程設計研究院有限公司，上海 200127)

0 概述

數(shù)據(jù)中心是指為集中放置的電子信息設備提供運行環(huán)境的建筑場所，可以是一棟或幾棟建筑物，也可以是一棟建筑物的一部分。數(shù)據(jù)中心的電子信息、空調(diào)、建筑機電等設備的主要動力能源為電力能源，數(shù)據(jù)中心的主要生產(chǎn)工作是靠電力驅(qū)動的，所以電力系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心生產(chǎn)運營的核心架構。

GB 50174-2017《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》中關于各等級數(shù)據(jù)中心電力系統(tǒng)配置的具體要求詳見表1，各級電源系統(tǒng)的配置組成詳見表2。

數(shù)據(jù)中心的完整電力系統(tǒng)是由電源、鏈路和終端三部分組成，其中鏈路部分是由各類硬件設備和控制策略來實現(xiàn)的?？刂撇呗跃褪歉鶕?jù)設定好的邏輯關系實現(xiàn)對各級電源系統(tǒng)的切換選擇，最終保證電力系統(tǒng)安全可靠地持續(xù)運行，滿足各種工況的需求。接下來本文將以某數(shù)據(jù)中心項目為案例，模擬各類運維場景，著重分析10kV供電系統(tǒng)的切換邏輯，以期讀者能對數(shù)據(jù)中心電力系統(tǒng)控制策略有一個清晰的認識。

1 案例背景

該建筑面積10萬m2，分A、B兩個機房區(qū)域，機柜總數(shù)量約7 500個，總用電容量50 000kVA。數(shù)據(jù)中心等級為A級，常、備用電源選擇兩路110kV市電，采用2N配置，選擇2臺6.3MW主變，區(qū)域內(nèi)設置110/10kV變電站。應急電源選擇10kV柴油發(fā)電機組，采用N+1配置，共13臺。110/10kV變電站與柴油發(fā)電機房結合集中設置，在數(shù)據(jù)中心機房區(qū)域設置10/0.4kV變電站和UPS設備。項目設置一套電力監(jiān)控自動化操作系統(tǒng)。項目配電系統(tǒng)框架圖詳見圖1。

各級數(shù)據(jù)中心電氣技術要求 表1

數(shù)據(jù)中心各級電源常見配置 表2

2 10kV供電系統(tǒng)切換邏輯說明

2.1 10kV供電系統(tǒng)簡圖

10kV供電系統(tǒng)簡圖詳見圖2。

圖2 10kV供電系統(tǒng)簡圖

2.2 系統(tǒng)描述

(1)柴油發(fā)電機組G1-1～13向發(fā)電機并機母線YJ-A1和YJ-B1各通過13臺進線斷路器(常開，G1-AH1～G1-AH13, G1-BH1～G1-BH13)分別供電，兩段并機母線之間設置聯(lián)絡斷路器G1-AH16和隔離手車G1-BH17。

(2)發(fā)電機應急備用電源通過并機母線輸出斷路器G1-AH15，G1-BH16和市電側進線斷路器1107，2207輸入到兩段10kV市電母線DL-A1和DL-B1。

(3)兩路10kV市電通過主進線斷路器1108和2208分別輸入到兩段10kV市電母線DL-A1和DL-B1，兩段市電母線之間設置聯(lián)絡斷路器1124和隔離手車2224。

(4)兩段市電母線DL-A1和DL-B1分別以放射式電纜線路向各臺終端變壓器供電。

2.3 五臺斷路器(1107、1108、2207、2208、1124)之間的聯(lián)鎖關系

根據(jù)電氣系統(tǒng)安全可靠運行的基本要求及操作規(guī)程，并結合供電部門的常規(guī)性安全用電要求，對此五臺斷路器提出如下聯(lián)鎖要求。

(1)市電進線斷路器1108或2208合閘時，油機進線斷路器1107和2207均不能合閘；反之，油機進線斷路器1107或2207合閘時，市電進線斷路器1108和2208均不能合閘。

(2)市電進線斷路器1108、2208和聯(lián)絡斷路器1124之間設置電氣聯(lián)鎖，三臺斷路器只能同時合兩臺。

(3)油機進線斷路器1107、2207和市電側聯(lián)絡斷路器1124之間設置電氣聯(lián)鎖，三臺斷路器只能同時合兩臺。

首先，要把創(chuàng)業(yè)教育納入教學課程內(nèi)容。黨的十七大提出了“實施擴大就業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，促進以創(chuàng)業(yè)帶動就業(yè)”的總體部署。為此，要在大學生中開展創(chuàng)業(yè)教育和培訓，培養(yǎng)學生的創(chuàng)業(yè)技能與開拓精神，以適應全球化、知識經(jīng)濟時代的挑戰(zhàn)，并將創(chuàng)業(yè)作為未來職業(yè)的一種選擇，轉(zhuǎn)變他們的就業(yè)觀念。其次，要在獨立學院的一些專業(yè)適當開展實訓課，讓學生更早地與企業(yè)建立聯(lián)系，更多地接觸工作的崗位，達到實踐的鍛煉，這將有利于他們更好地就業(yè)。開設就業(yè)指導課，幫助學生確立正確、科學的就業(yè)觀；開展大學生職業(yè)生涯教育，提升學生職業(yè)能力，加強實踐教學，提高學生的崗位技能[5]。

(4)市電側聯(lián)絡斷路器1124和油機側聯(lián)絡斷路器G1-AH16之間設置電氣聯(lián)鎖，兩臺斷路器只能同時合一臺。

(5)聯(lián)絡斷路器1124與其相對應的隔離手車2224加聯(lián)鎖，當隔離手車2224處于合位時，1124才可合閘，當1124分閘后，隔離手車2224才可以抽出。

(6)進線斷路器1108與其相對應的隔離手車及計量手車聯(lián)鎖，當隔離手車處于合位及計量手車運行位置，1108才可合閘；當1108分閘后，隔離手車及本段計量手車才可以抽出。

(7)進線斷路器2208與其相對應的隔離手車及計量手車聯(lián)鎖，當隔離手車處于合位及計量手車運行位置，2208才可合閘；當2208分閘后，隔離手車及本段計量手車才可以抽出。

(8)所有聯(lián)鎖功能均通過斷路器的輔助觸點實現(xiàn)。

2.4 10kV系統(tǒng)的運行模式

本數(shù)據(jù)機房內(nèi)電源系統(tǒng)采用市電優(yōu)先原則，只有當雙路市電均失電的情況下，才啟用柴油發(fā)電機后備電源系統(tǒng)。

正常運行情況下，兩路市電獨立供電，柴油發(fā)電機并機控制系統(tǒng)、10kV控制系統(tǒng)、0.4kV控制系統(tǒng)和0.4kV ATS均在預設狀態(tài)下待命。

當一路市電失電，電源自動投切優(yōu)先級順序為10kV控制系統(tǒng)→0.4kV控制系統(tǒng)→0.4kV ATS動作。所以各級控制系統(tǒng)動作延時設定原則為：10kV聯(lián)絡斷路器投入時間和饋線斷路器逐級投入時間總和(t1)<0.4kV控制系統(tǒng)動作時間(t2)<0.4kV末端ATS動作時間(t3)。

當雙路市電失電，柴油發(fā)電機組經(jīng)延時(t4)啟動，并機成功后自動給兩段10kV市電母線同時供電。兩段市電母線同時得電后，10kV聯(lián)絡斷路器、0.4kV控制系統(tǒng)、0.4kV ATS均保持原有狀態(tài)不動作。

2.5 運維場景模擬

正常運行情況下，兩路市電獨立供電，兩段市電母線各承擔50%負載。

2.5.2 單路市電失電情況

(1)當市電B失電時(判定依據(jù)為：市電B路電源進線無壓，DL-B1段母線無壓，市電B進線斷路器2208無流，延時3s，跳開市電B進線斷路器2208；DL-A1段進線有壓，DL-A1段母線有壓)，延時5s，由電力監(jiān)控系統(tǒng)自動合上聯(lián)絡斷路器1124并確認其處于合位。當確認聯(lián)絡斷路器1124處于合位后，電力監(jiān)控系統(tǒng)再根據(jù)負荷的優(yōu)先級逐級合上至變壓器負載的饋線斷路器(B路市電后則失壓脫扣)，這樣整個DL-B1母線段下的負載均由A路電源承擔。

(2)當市電A失電時(判定依據(jù)為：市電A路電源進線無壓，DL-A1段母線無壓，市電A進線斷路器1108無流，延時3s，跳開市電A進線斷路器1108；DL-B1段進線有壓，DL-B1段母線有壓)，延時5s，由電力監(jiān)控系統(tǒng)控制器(以下簡稱“控制器”)自動合上聯(lián)絡斷路器1124并確認其處于合位。當確認聯(lián)絡斷路器1124處于合位后，控制器再根據(jù)負荷的優(yōu)先級逐級合上至變壓器負載的饋線斷路器(A路市電后則失壓脫扣)，這樣整個DL-A1母線段下的負載均由B路電源承擔。

(3)單路市電失電的情況下，整個電源系統(tǒng)的切換是由電力監(jiān)控系統(tǒng)自動控制完成，電源系統(tǒng)的投切原則為自投不自復。

2.5.3 雙路市電失電情況

(1)在正常運行情況下，或只有一路市電帶電的情況下，當檢測到兩路市電均失電(檢測點設在市電A、B路電源進線斷路器上端口)，延時3s，跳開市電A進線斷路器1108、市電B進線斷路器2208及聯(lián)絡斷路器1124，所有負載饋線斷路器失壓脫扣。同時發(fā)送發(fā)電機啟動命令給柴發(fā)并機控制系統(tǒng)。確認發(fā)電機電源進線斷路器1107和2207上端口帶電，同時確認市電A進線斷路器1108、市電B進線斷路器2208和聯(lián)絡斷路器1124及所有負載饋線斷路器均處于分位后，延時3s合上1107、2207。確認1107和2207處于合位后，電力監(jiān)控系統(tǒng)再根據(jù)負荷的優(yōu)先級逐級合上至變壓器負載的饋線斷路器。

(2)在柴油發(fā)電機送電過程中，若有其中一路柴發(fā)電源送電不成功，則邏輯說明：在并機控制系統(tǒng)接收到啟動信號后，逐臺啟動柴油發(fā)電機組，當并機控制系統(tǒng)檢測到其中一段并機母線電源不達標，則不發(fā)出合閘本段輸出斷路器G1-AH15或G1-BH16的命令。即其中一段柴發(fā)并機母線電源故障，可按以下預設方案進行操作。

第一方案：首先確認油機側聯(lián)絡斷路器G1-AH16和市電側聯(lián)絡斷路器1124處于分位，再由并機控制系統(tǒng)合上油機電源達標段的輸出斷路器G1-AH15或G1-BH16。此時市電側油機進線斷路器1107或2207上端口帶電，延時3s，由電力監(jiān)控系統(tǒng)自動合上油機進線斷路器1107或2207，再延時3s，確認市電DL-A1段或DL-B1段母線有壓后合上聯(lián)絡斷路器1124。確認聯(lián)絡斷路器1124處于合位后，電力監(jiān)控系統(tǒng)再根據(jù)負荷的優(yōu)先級逐級合上至變壓器負載的饋線斷路器。

第二方案：如果第一方案投切不成功(如市電側聯(lián)絡斷路器故障)，先確認并機母線的發(fā)電機進線斷路器(常開，G1-AH1～G1-AH13或G1-BH1～G1-BH13)處于分位，再確認市電側聯(lián)絡斷路器1124處于分位(否則人工手動分閘)，然后人工手動合閘油機側的聯(lián)絡斷路器G1-AH16，再人工手動合閘油機側輸出斷路器G1-AH15合G1-BH16，此時市電側油機進線斷路器1107和2207上端口帶電，最后人工手動依次合閘市電側油機進線斷路器1107和2207，并根據(jù)負荷的優(yōu)先級逐級合上至變壓器負載的饋線斷路器。

2.5.4 恢復市電供電

(1)當整個電源系統(tǒng)是由柴油發(fā)電機正常供電時，兩路市電同時恢復供電后，由人工手動分斷市電側油機進線斷路器1107和2207，并確認市電側油機進線斷路器1107、2207以及聯(lián)絡斷路器1124處于分位后，人工手動合上市電A進線斷路器1108和市電B進線斷路器2208，在確認1108和2208處于合位后，電力監(jiān)控系統(tǒng)再根據(jù)負荷的優(yōu)先級逐級合上至變壓器負載的饋線斷路器。待市電投入且穩(wěn)定運行后(此時柴油發(fā)電機組仍保持運行)，柴油發(fā)電機組的停機程序另行參照相關控制邏輯。

(2)若只有一路市電恢復供電，先由人工手動分斷市電側油機進線斷路器1107和2207，并確認市電側油機進線斷路器1107、2207以及聯(lián)絡斷路器1124處于分位后，再合上有電側進線斷路器1108或2208和聯(lián)絡斷路器1124，在確認1108或2208和聯(lián)絡斷路器1124處于合位后，電力監(jiān)控系統(tǒng)再根據(jù)負荷的優(yōu)先級逐級合上至變壓器負載的饋線斷路器。待市電投入且穩(wěn)定運行后(此時柴油發(fā)電機組仍保持運行)，柴油發(fā)電機組的停機程序另行參照相關控制邏輯。

(3)停機命令判定依據(jù)為：市電A路電源進線有壓或市電B路電源進線有壓或市電A/B路電源進線同時有壓，且三臺斷路器1108、2208、1124中有兩臺處于合位。但需要考慮在延時發(fā)送停機命令到發(fā)電機組停機過程中，若市電再次中斷供電，應能保證柴油發(fā)電機仍處于正常運行狀態(tài)。

(4)待柴油發(fā)電機組應急電源退出運行后，油機側聯(lián)絡斷路器G1-AH16，并機母線上的發(fā)電機進線斷路器G1-AH1～G1-AH13和G1-BH1～G1-BH13以及側輸出斷路器G1-AH15和G1-BH16均處于分閘狀態(tài)(復位至常規(guī)狀態(tài))。

2.5.5 市電正常運行情況下一些故障情況操作(二次故障)

(1)在兩路市電正常運行狀況下，若其中一段市電母線發(fā)生故障，則相應的進線保護裝置會動作，并發(fā)出市電A或市電B進線保護動作信號，系統(tǒng)收到該信號后，延時0.5s，然后跳開故障母線上的所有進線、饋線斷路器。此時整個電源系統(tǒng)可由0.4kV系統(tǒng)自動切換或由運維值班人員按預設方案手動完成切換操作。

(2)在一路市電運行情況下，若市電側聯(lián)絡斷路器1124發(fā)生故障，此時整個電源系統(tǒng)可由0.4kV系統(tǒng)自動切換或由運維值班人員按預設方案手動完成切換操作。

(3)市電A進線失電，市電B段母線故障情況：建議由運維值班人員按預設方案手動完成切換操作。預設方案為：人工手動啟動柴油發(fā)電機組，由柴發(fā)并機控制系統(tǒng)自動完成并機輸出后，在確認市電進線斷路器1108、聯(lián)絡斷路器1124處于分位后，由人工手動合閘市電DL-A1段油機進線斷路器1107，再由人工按負荷級別合閘至變壓器的饋線斷路器。這樣，柴油發(fā)電機電源通過市電A段母線給末端負載供電，當A段市電母線下端變壓器得電后，低壓側總進線、聯(lián)絡斷路器按預設方案自動進行投切。

(4)市電B進線失電，市電A段母線故障情況：建議由運維值班人員按預設方案手動完成切換操作。預設方案為：人工手動啟動柴油發(fā)電機組，由柴發(fā)并機控制系統(tǒng)自動完成并機輸出后，在確認市電進線斷路器2208、聯(lián)絡斷路器1124處于分位后，由人工手動合閘市電DL-B1段油機進線斷路器2207，再由人工按負荷級別合閘至變壓器的饋線斷路器。這樣，柴油發(fā)電機電源通過市電B段母線給末端負載供電，當B段市電母線下端變壓器得電后，低壓側總進線、聯(lián)絡斷路器按預設方案自動進行投切。

2.5.6 柴油發(fā)電機運行情況下，柴油機發(fā)生故障情況

在柴油發(fā)電機組正常供電的情況下，若有一臺或多臺柴油發(fā)電機自身發(fā)生故障，將由并機控制系統(tǒng)自動控制退出故障機組，同時發(fā)出相應指令給電力監(jiān)控系統(tǒng)，由電力監(jiān)控系統(tǒng)按預先設定的甩負載方案，將市電側相應的饋線斷路器進行切除。

3 結束語