數據中心中壓ATS自動投切系統分析

陳 偉

（杭州越海電力工程技術有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引 言

近年來，隨著社會的發展和人民生活水平的不斷提高，在很多場所，尤其是大的數據中心，常用的低壓400 V交流備用柴油發電機組由于輸電線線徑大、線損大、橋架多、難于敷設和造價高等缺陷而難以滿足實際需求，此時10 kV高壓交流備用發電機組就充分體現出了它的價值。伴隨高壓交流備用發電機組的應用，10 kV中壓ATS自動投切系統在數據中心也得到了廣泛的應用。

1 數據中心綜合供電系統簡介

目前，大型數據中心采用多電源系統供電，實現了從單一的電源設備向綜合供電系統的演變。圖1為數據中心綜合供電系統。

系統運行要求具體如下。

（1）正常運行時，兩路10 kV市電電源各帶一段負荷運行，分段開關與兩路油機進線開關處于分閘位置。

（2）其中任何一路市電電源失電時，合分段開關由另一路市電供電，失電側進線開關與兩路油機進線開關處于分閘位置。

（3）兩路市電均失電時，兩市電開關、分段開關均分閘，由兩回油機電源啟動各帶一段母線運行。

（4）任何一路市電恢復供電時，柴油發電機退出運行，分段聯絡開關合閘，由該路市電帶兩段母線負載運行。

（5）兩路市電均恢復供電時，恢復正常運行式。

圖1 數據中心綜合供電系統

2 組合式中壓ATS方案（傳統方案）

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與聯絡開關共五個開關，圖2為系統簡圖。

此系統涉及四個進線開關和一個母聯開關，中壓配電不同于低壓配電，若考慮整個數據中心電力系統的自動切換問題，需要做好完善的備自投、自復邏輯和系統性問題，而不是只判斷信號來做自動化分合的邏輯。

需要考慮的問題點有3個，具體如下。

（1）五個開關的聯鎖問題：本側兩個電源不能合環；本側的任一電源不能與對側的任一電源合環[1]。

（2）負載控制問題：中壓油機電源有一些特殊性，大負載在發電機組上瞬間會形成較大的沖擊電流，嚴重時將導致發電機組的停運。因此，必須對連接到發電機組上的負載做逐級投切控制系統，在發電機電源投入之前，逐級投切功能可對負載進行逐級減載，在發電機電源投入之后進行逐級加載，保障發電機的正常、可靠運行。（順序加載、順序減載）。

（3）運行模式切換問題：完善的自動模式與手動操作模式。

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、QS7兩進線一母聯做備自投功能，實現單路市電失電，市電優先原則先分故障市電進線開關后合母聯開關，由正常市電帶兩段母線，實現連續供電；當兩路市電失電，啟動油機，由中壓ATS切換到油機電源實現供電。

該方案層級清晰，聯鎖可靠。QS5、QS6、QS7三個開關做電氣聯鎖實現三選二，QS1、QS3（QS2、QS4）兩個開關做中壓ATS，具備實現二選一。在任何情況下防止電源發生合環。

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方案綜合對比

4.1 兩種方案整體對比

表1為兩種方案整體對比表。

4.2 組合式中壓ATS方案（傳統方案）存在的問題

（1）PLC控制方式的聯鎖只能做五選二的電氣聯鎖，聯鎖失效的概率增大，那10 kV電源出現錯誤合環的概率就會變大。

（2）PLC控制的邏輯需要考慮完善的備自投和自復的邏輯，尤其是自復的邏輯極其復雜，以一個狀態點為例：兩油機開關在分別帶兩段母線，母聯開關處于分閘狀態時，如果其中一路市電恢復，按運行要求來講需要恢復市電運行方式，但此時的自復邏輯的充分條件如何來完成？

（3）PLC控制五個開關的邏輯同時，還需要考慮負載的控制問題，因為中壓油機的對負載的突加與突減是有相應的性能要求的，需要對負載做順序的投切。

表1 兩種方案整體對比表

表2 兩種方案功能、性能及可操作性的對比

4.3 兩種方案功能、性能及可操作性的對比

表2為兩種方案功能、性能及可操作性的對比比較[2-6]。

5 結 論

目前，國內數據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方案控制邏輯復雜、安全性相對不可靠、價格相對低，而整體式中壓ATS方案對比組合式中壓ATS方案恰恰反之。