1 反措控制理念
　　
　　当数据中心10kV供电系统可能出现各种不同故障场景,如市电正常、一路市电失电、两路市电失电、备用电源失电、市电保护跳闸、馈线保护跳闸、开关拒分拒合、按照供电工艺要求,预先设置与之对应的应急切换方案,当故障发生时系统自动根据故障场景进行逻辑判断,完成预案设置的10kV系统故障报警、备自投、自动投切等自动控制功能,实现系统尽快恢复供电,快速的指导运维人员处理供电系统在运行过程中出现的不同故障,减少故障时由运维人员手动操作导致的误判断、误操作。使运维更加简单便捷,使系统更加安全可靠,致力于提高数据中心整个系统持续运行的安全可靠性。
　　
　　(1)10kV反措预案控制系统的设计
　　
　　10kV反措预案控制系统的设计,严格遵循项目数据中心设计要求,结合实际运维的需求进行深化设计,整个控制逻辑在编程之前提交给甲方进行确认。控制逻辑遵循下列原则设计:
　　
　　①各中压配电所引入的两路10kV市电之间、所有发电机电源和10kV市电电源之间不允许并网运行,同一段母线市电电源与油机电源不允许并网运行,为二选一逻辑关系;两路市电进线开关、市电母联开关、两路油机电源进线开关为五选二逻辑关系;
　　
　　②10kV配电系统的市电进线、母联、油机电源总进线的运行方式遵循下列逻辑关系;
　　
　　③为避免带负荷送电,市电失电后需由油机备用电源供电时,先需断开对应失电母线上所有馈出线断路器开关,再执行单\双路市电失电的自动化切换控制逻辑;当失电母线重新带电时(切换至油机电源供电),根据数据中心工艺要求或负荷等级的重要程度依次遥控合闸馈线断路器开关,逐步恢复供电;
　　
　　④为了10kV供电系统的安全稳定,按招标要求方案设计时只考虑10kV系统无法满足供电需求时的自动控制投切功能,当市电恢复或者故障解除后,系统不需要做自复功能控制,由运维人员跟上级供电部门核实确认之后,并进行现场确认后再手动操作;
　　
　　⑤10kV反措预案控制系统主要是在市电失电时完成恢复供电的切换,为智能运维管理的提供保障服务,因此高压配电系统保护功能由综合保护装置完成,如速断,过流、过载保护、短路保护,变压器超高温跳闸等所有保护功能,当综合继电保护系统因保护动作使配电设备断路器跳闸动作时,控制系统将闭锁应不动作,但提供相应的告警信号告知运行维护人员;
　　
　　⑥10kV反措预案控制系统按照分期配置设计:整个系统设计应考虑后期系统扩建的的需求,确保后期扩建系统能接入,并对原有系统不会造成影响,控制程序只按当期进行设计,后期系统扩容时再进行控制程序的升级。
　　
　　运行方式组合如表1所示,断路器组合方式见表2。
　　
　　

(2)各种方式下的供电回路状况
　　
　　①两路市电正常运行方式(图1)
　　
　　②1路市电正常、2路市电失电运行方式(图2)
　　
　　③2路市电正常、1路市电失电运行方式(图3)
　　
　　④两路市电故障、两路柴油机分段供电运行方式(图4)
　　
　　⑤两路市电故障、A路柴油机分段进线正常、B路柴油机分段进线故障的供电运行方式(图5)
　　
　　⑥两路市电故障、B路柴油机分段进线正常、A路柴油机分段进线故障的供电运行方式(图6)
　　
　　表3为两路市电掉电时的控制逻辑工艺。
　　
　　2 发电机供电方案逻辑分析:(举例分析)
　　
　　10kV柴油发电机组并机运行,并机后的柴油发电机组电源接至1#数据中心10kV配电系统中油机电源接入柜,正常情况下,市电油机切换系统的10kV油机电源进线开关断开。当监测到同组两路市电电源均失电,断开10kV侧中压系统两路市电电源进线开关及输出开关,同时启动对应10kV中压发电机组,经过10kV市电油机切换系统将油机路电投入运行。
　　
　　(1)发电机组并机方案
　　
　　1#油机房内5台10kV中压柴油发电机组作为1个并机组合,设置1个并机模块,分别由1套并机系统控制。当市电中断/故障后,自动启动发电机组并机输出供电,发电机供电与市电不并网。
　　
　　1#并机控制系统:负责1-EG1～1-EG5发电机组的并机及1#10KV油机并机系统的控制;

    为保证响应速度,并机系统同步控制采用准同期方式,系统采用随机并联方式,即系统中任一台首先达到额定输出的机组,都可以先合闸到母线供电,其他机组与该机组同步后再依次合闸供电。
　　
　　每台发电机组控制柜(GCP)控制一台发电机组,配备自动同步与负载分配模块,通过控制机组的转速与电压,来实现机组互相之间的并联及负载均衡。同时也通过广角模拟表,来监控发电机组输出,如电压、电流、功率因数、有功、无功等,以保证操作人员一眼就可以看到多台机组的多项参数。对应机组的高压开关由GCP来控制其分/合。
　　
　　主控柜(MCP)用来协调控制整个系统的运行,通过PLC编程,实现系统的逻辑控制,包括投入和切除机组,优先级设定等。
　　
　　发电机(机组、并联、高压开关等)平时处在自动模式,通过外部送来的信号(2路市电进线失压信号),由并联控制系统来监视市电状况。
　　
　　其中1#并机控制系统取1#数据中心1#10kV中压系统两路市电失压信号,10kV中压系统提供发电机干接点启动信号;
　　
　　市电失电/故障时,并联系统收到信号,通过设定的时间延迟(PLC设定,可根据实际情况灵活修改)后,给全部机组送出启动信号(信号送至GCP,GCP再送信号至各机组的机上控制器),5台机组同时启动。率先达到额定频率和额定电压的机组,并且检测对应发电机进线柜侧零序电压互感器的单相接地监视装置正常,GCP发出信号,自动闭合真空断路器,机组合闸到应急母线。其他发电机与双母线同步(并根据对应的并机系统的母线频率和电压等参数进行判断是否满足合闸条件),并检测对应发电机进线柜侧零序电压互感器的单相接地监视装置正常,则自动合闸到母线。
　　
　　(2)负载管理
　　
　　全部机组自动并联运行,系统自动分配负载,按下述逻辑实现负载管理(表4)。
　　
　　3 10kV油机假负载切换系统
　　
　　动力中心所有并机系统考虑共用1套10kV假负载,中压系统则设置1套负载切换系统作为负载的选择,四路进线开关设置电气联锁装置,严禁断路器同时合闸(只能合闸1个)。主要功能有:
　　
　　①实时参数:测试过程中,可通过软件实时示电压、电流、功率、功率因数、频率、时间等主要参数;
　　
　　②稳态加载:三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、运行时间等基本参数;
　　
　　③阶段加载:输入被测电源的相关参数,即可选择0%、25%、50%、75%、100%至110%等预设比例,自动计算出相应功率,实现快速加载;
　　
　　④加载确认:系统具有加载卸载二次确认功能,可以有效避免用户误操作所带来的隐患;
　　
　　⑤一键式加减载:通过负载柜面板开关加载后,负载柜工作时可随意预设下个阶段的功率值,不影响本阶段工作。当按下总加载开关后,预设的功率值才生效,直接由上个阶段的功率值改为本功率值继续运行。在阶段加载时可保持连续的工作模式,从而避免功率调整过程中造成负载波动。
　　
　　4 降噪工程设计
　　
　　发电机组是一个由多个噪声源综合而成的复杂声源,具有噪声频带宽(尤以中低频更突出)、声能辐射强度大的特点。柴油发电机组单机噪声约为108dB(A),一个油机房内5台同时运转时,机房内噪声会超过112dB(A)。因此,无论是从环境保护角度还是劳动保护角度出发,都应采取有效的措施予以控制,最大限度地减少对外部环境的污染,同时改善值守人员的工作环境,保证机组的正常运行。
　　
　　发电机房噪声控制设备的中心思想是隔声,即将整个机房的外围结构设计为封闭的形式,尽可能地减少机组噪声的对外辐射。要保证在整个的围护结构表面上、与外界有交换的部位(墙体、通风口、门、窗等)均采取有效的控制措施,并使这些控制措施各自的降噪效果相当,以保证噪声控制工程整体的有效、合理、经济。
　　
　　(1)柴油发电机组的消噪声设计
　　
　　机组为带散热器水箱的闭式循环冷却柴油发电机,为保证降噪效果,机房为封闭环境,本工程采用自然进风系统。
　　
　　六台油机进风口总面积80.2平方米,百叶有效通风率按0.5计算,则外墙进风风速u=2400×5/(60×80.7×0.5)=5m/s。
　　
　　机房进排风消声系统在机房进风消音室和排风消音室位置。发电机组的排烟消声为安装消声器、排烟消声弯头等,以达到消声的效果。排风口与机组采用软接头,安装喇叭口导风,消声处理后至屋顶排放。
　　
　　(2)发电机房内的吸声处理
　　
　　发电机房的内壁面为光滑且坚硬材料,吸声系数很低,而容积又较大,因此室内的混响时间长,尤其是低频混响严重。发电机房内的声能量,除来自声源的直达声以外,还有来自各个内壁的多次反射声。直达声和反射声叠加的结果导致室内声级的提高。
　　
　　因此机房内部对整个墙面及吊顶做吸声处理,内衬超细玻璃棉,外扣穿孔铝质扣板。经过这样的处理后既增加了围护结构的隔声量,又可降低油机房内的混响声,减少声反射,降低室内声,可有5～7dB(A)的效果。机房内吸声处理后同时还能起到对整个机房装饰作用,使机房显得整洁、干净、美观。
　　
　　(3)发电机房排风通道的噪声控制
　　
　　发电机组在运行中需要大量的空气供其燃烧,另外,发电机组即是一个强发声体,又是一个强热源,只有组织好通风散热,才能保证机组的正常运转。
　　
　　柴油发电机组自配的冷却风扇风量很大,发电机组排风量约为2400立方米/min。控制方案即要保证排风量顺畅的排出室外,同时又要有效地控制噪声的外泄传播。根据现场具体情况,在排风通道上采用阻性片式消声器消声,片式规格δ100@150。
　　
　　充分利用土建结构排风消音室和排风井道的声学效应,确保出风口一侧的噪声排放达标。
　　
　　(4)发电机房进风通道的噪声控制
　　
　　发电机组运行时大量的空气排出室外,必然在机房内形成强大的负压场,为保证大量的新鲜空气进入室内,需要有足够的进气通流面积。本方案在土建结构的进风消音室内设计安装消声设备,形成进风消声系统。既保证新鲜空气的进入,又有效控制机房内噪声的外传。
　　
　　(5)发电机组排烟的噪声控制
　　
　　发电机组机的排烟管是一个重要的噪声源。它形成的中低频脉动噪声辐射强度很大。随机携带的排烟消声器,消声效果(插入损失)一般在10～15dB范围,达不到噪声排放的允许限值。
　　
　　机组排烟口与排烟管之间装金属波纹管,排烟口再经一、二级消声音处理,消声音处理后尾气由排烟管引至排烟井,烟管均为6mm厚钢管。排烟消声器净化器采用弹簧吊架固定。烟管刷两遍耐高温的银灰色漆,排烟管及消音器采用采用二层保温材料进行隔热包裹处理外装饰铝板。即接触管壁的一层为硅酸铝纤维毡,外包一层岩棉毡。
　　
　　5 燃油控制及监控系统
　　
　　储油罐和日用邮箱燃油供应系统采用双回路双PLC控制实现对应的安全等级、双油泵和供油管路系统见下表。
　　
　　6 结束语
　　
　　数据中心柴油发电机组在应用中应对其设计和现场应用调整进行严格的审查,本文无论是在设计还是在现场应用实施中多全面的考虑了数据中心柴油发电机组应用的相关重要因素和要点,共同探讨数据数据中心安全运行的最后一道屏障。
　　
　　作者简介
　　
　　李建利,广东优世联合控股集团股份有限公司数据中心高级运维经理,武汉大学硕士研究生,IDC资深电气工程师。

编辑：Harris