康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

新闻主题	应急柴油发电机组与市电的联动关系

 

摘要：随着当前大中型数据中心建设规模、等级以及供电系统的复杂程度越来越高，柴油发电机组作为备用电源，是保障数据中心系统安全可靠的最后一道防线。市电电源和备用电源的切换控制逻辑更是数据中心供电系统安全可靠运行的指挥中枢，起到至关重要的作用。本文以A级数据中心10 kV 配电系统架构图为例，从系统结构、监控配置、联锁控制以及逐级切换管理等方面探讨数据中心市电电源与备用电源切换控制逻辑的设计理念及其重要性。

 

一、自启动逻辑

 

当柴油发电机组控制系统接收到市电断电、缺相或外部紧急启动命令时，根据总负载基数设置启动方式。

1．优先进入功率管理模式

所有柴油发电机组均接收到启动信号，启动柴油发电机组，当达到额定转速并建立电压后，发出合闸指令。同时跳开市电端进线开关，根据负载的情况进行功率识别，启动容量储备内发电机组进行并机带载，根据运行储备识别增加并联台数，根据停机储备识别减少并联发电机组台数。

2．设置总负载基数最大

所有柴油发电机组均接收到启动信号，启动柴油发电机组，当达到额定转速并建立电压后，发出合闸指令。同时跳开市电端进线开关，所有的发电机组均并机带载，设定功率管理的时间，当时间到后进行功率管理，在根据停机储备设置值进行负载识别减少在线发电机组的总数量。

3 . 自动监控配置

（1）备用电源监控

备用电源设置并机控系统，可实现对整个备用电源系统的监视和控制。

（2）市电电源监控

每段市电配电母线处设置一台控制器，控制功能可由PLC 实现，也可由综保继电器实现。控制器具备自动和手动功能，备用电源系统启动监控功能。同组两台控制设置通信，以实现相互监视运行和故障状态，同步控制信号，确保同组两段母线相同电源类型的进线开关和馈电至同楼层的两个馈电开关同时分闸或合闸。控制器监视和控制功能至少应包括以下11 点，以控制PLC-A 为例，其他与此相同。

● 监测市电电源进线前PT201A 的状态，通过PT201A 监测市电电源进线状态。

● 监测市电电源进线开关S201A的手车位置（试验、工作）、开关位置状态（闭合、分断），开关保护动作分闸信号、故障状态，控制S201A 分合闸。

● 监测备用电源进线前PT211A 的状态，通过PT211A 监测备用电源进线状态。

● 监测备用电源进线开关S211A 的手车位置（试验、工作）、开关位置状态（闭合、分断），开关保护动作分闸信号、故障状态，控制S211A 分合闸。

● 监测母联开关S245A 手车位置（试验、工作）、开关位置状态（闭合、分断），开关保护动作分闸信号、故障状态，控制S245A 分合闸。

● 监测母线电压PT4A。

● 监测馈线开关S212A 手车位置（试验、工作）、开关位置状态（闭合、分断），开关保护动作分闸信号、故障状态，控制S212A 分合闸。

● 监测馈线开关S213A 手车位置（试验、工作）、开关位置状态（闭合、分断），开关保护动作分闸信号、故障状态，控制S213A 分合闸。

● 监测馈线开关S214A 手车位置（试验、工作）、开关位置状态（闭合、分断），开关保护动作分闸信号、故障状态，控制S214A 分合闸。

● 控制器PLC-A和发电机组并机控制系统状态的相互监视。

● 控制器PLC-A向发电机组并机控制系统发送启动机组的信号。

 

自启动柴油发电机组逻辑框架图

 

 

二、市电恢复切换逻辑

 

当市电恢复，ATS切换开关接收到市电信号后，立即切换到市电供电，各台发电机组将按照程序进行软卸载后冷却停机。在市电恢复后，当发电机组群冷却过程中，如果市电故障则发电机组立即进入后备模式，保证供电的可靠性。

每段市电电源进线前端的PT 状态由本段母线上的控制器进行监测，当两路市电的PT均失电，且市电进线开关未分闸（开关无保护分闸）时，延时4s对两路市电开关进行分闸，分闸后延时2s 对发电机组并机控制系统发出启动机组的信号。

当同时收到任意一组内两台控制器发来的启动信号时，柴油发电机并机控制系统发出指令启动所有发电机组，并在应急（并机）母线上进行逐台并机。当发电机组并机台数达到11台（可根据负荷调整数量）时，机组完成并机，并机控制系统再次发出指令闭合应急母线上的馈电开关，应急母线向市电母线输出电能。

当市电母线上的备用电源进线开关前端的PT 被检测到带电，且监测市电无压后，断开本段母线上3个（二、三、四层）馈电变压器的馈电开关（一层馈电变压器的馈电开关不断开）。首先延时2 s，闭合本段母线上的备用电源进线开关；其次延时5 s，闭合本段母线上馈电至二层变压器的馈电开关；再次延时5 s，闭合本段母线上馈电至三层变压器的馈电开关；最后延时5 s，闭合本段母线上馈电至四层变压器的馈电开关。此时，完成市电电源向备用电源的切换和备用电源分步加载的过程，另一段母线控制要求同上。

市电电源恢复后，运维人员手动逐级切换恢复至市电电源供电状态，同时要求具备自动恢复功能，当设置为自动恢复时，要求如下。市电电源恢复后，10kV 自动切换装置会读取综保参数，判断市电电源已符合电源正常条件时，先控制跳开发电机组进线开关，确认跳开信号后（若未得到跳开信号应立即发出报警信号并联锁暂停下一步操作），跳开馈线至变压器的输出开关，再合上市电电源10kV 进线开关，之后按照5s步距，逐步闭合市电电源母线上馈电至每层变压器的输出开关，并在设定的发电机组停机延时时间到后发出机组停机命令。自动状态下，在柴发并机完成，备用电源开关尚未闭合前，若市电电源来电，则终止柴发带载逻辑，切换至市电侧带载。

一路市电失电后由另一路市电带两段母线时，此时如果第二路市电再失电，则断开母线开关，并延时4s后断开第二路市电进线开关，再延时5s后向发电机组并机控制系统发出启动机组的信号。逐步完成市电电源向备用电源的切换和备用电源分步加载的过程。若油机测试时两路市电失电，此时为手动操作，不涉及控制逻辑。

 

多台柴油发电机组与市电联动关系图

 

 

三、并机逻辑

 

当1＃发电机组启动并带载成功后，若负载增加到1＃柴油发电机组额定功率的设定值时，1＃发电机组的控制系统就会向2＃发电机组发出启动指令，2＃发电机组启动成功后，在2＃发电机组控制系统控制下，自动调整频率和相位被牵入同步，发出合闸指令，投入并列运行。2＃发电机组投入并列运行后，同样向后续发电机组发出启动指令。直至投入满足所有负载需求的容量的发电机组。如果负载不断减少，当减少到最后并机的一台发电机组额定功率的设定值时，在最后一台发电机组控制系统控制下，将负载向前一台发电机组转移，当最后一台发电机组接近空载时，该发电机组主开关分闸，实现了软卸载和解列，以此类推。

 

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