数据中心中压ATS自动投切系统分析

陈 伟

（杭州越海电力工程技术有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引 言

近年来，随着社会的发展和人民生活水平的不断提高，在很多场所，尤其是大的数据中心，常用的低压400 V交流备用柴油发电机组由于输电线线径大、线损大、桥架多、难于敷设和造价高等缺陷而难以满足实际需求，此时10 kV高压交流备用发电机组就充分体现出了它的价值。伴随高压交流备用发电机组的应用，10 kV中压ATS自动投切系统在数据中心也得到了广泛的应用。

1 数据中心综合供电系统简介

目前，大型数据中心采用多电源系统供电，实现了从单一的电源设备向综合供电系统的演变。图1为数据中心综合供电系统。

系统运行要求具体如下。

（1）正常运行时，两路10 kV市电电源各带一段负荷运行，分段开关与两路油机进线开关处于分闸位置。

（2）其中任何一路市电电源失电时，合分段开关由另一路市电供电，失电侧进线开关与两路油机进线开关处于分闸位置。

（3）两路市电均失电时，两市电开关、分段开关均分闸，由两回油机电源启动各带一段母线运行。

（4）任何一路市电恢复供电时，柴油发电机退出运行，分段联络开关合闸，由该路市电带两段母线负载运行。

（5）两路市电均恢复供电时，恢复正常运行式。

图1 数据中心综合供电系统

2 组合式中压ATS方案（传统方案）

组合式中压ATS是采用PLC或综保搭接方案，涉及两路市电两油机与联络开关共五个开关，图2为系统简图。

此系统涉及四个进线开关和一个母联开关，中压配电不同于低压配电，若考虑整个数据中心电力系统的自动切换问题，需要做好完善的备自投、自复逻辑和系统性问题，而不是只判断信号来做自动化分合的逻辑。

需要考虑的问题点有3个，具体如下。

（1）五个开关的联锁问题：本侧两个电源不能合环；本侧的任一电源不能与对侧的任一电源合环[1]。

（2）负载控制问题：中压油机电源有一些特殊性，大负载在发电机组上瞬间会形成较大的冲击电流，严重时将导致发电机组的停运。因此，必须对连接到发电机组上的负载做逐级投切控制系统，在发电机电源投入之前，逐级投切功能可对负载进行逐级减载，在发电机电源投入之后进行逐级加载，保障发电机的正常、可靠运行。（顺序加载、顺序减载）。

（3）运行模式切换问题：完善的自动模式与手动操作模式。

图2 组合式中压ATS方案

3 整体式中压ATS解决方案

图3中，QS5、QS6、QS7两进线一母联做备自投功能，实现单路市电失电，市电优先原则先分故障市电进线开关后合母联开关，由正常市电带两段母线，实现连续供电；当两路市电失电，启动油机，由中压ATS切换到油机电源实现供电。

该方案层级清晰，联锁可靠。QS5、QS6、QS7三个开关做电气联锁实现三选二，QS1、QS3（QS2、QS4）两个开关做中压ATS，具备实现二选一。在任何情况下防止电源发生合环。

图3 整体式中压ATS解决方案

4 组合式中压ATS方案与整体式中压ATS方案综合对比

4.1 两种方案整体对比

表1为两种方案整体对比表。

4.2 组合式中压ATS方案（传统方案）存在的问题

（1）PLC控制方式的联锁只能做五选二的电气联锁，联锁失效的概率增大，那10 kV电源出现错误合环的概率就会变大。

（2）PLC控制的逻辑需要考虑完善的备自投和自复的逻辑，尤其是自复的逻辑极其复杂，以一个状态点为例：两油机开关在分别带两段母线，母联开关处于分闸状态时，如果其中一路市电恢复，按运行要求来讲需要恢复市电运行方式，但此时的自复逻辑的充分条件如何来完成？

（3）PLC控制五个开关的逻辑同时，还需要考虑负载的控制问题，因为中压油机的对负载的突加与突减是有相应的性能要求的，需要对负载做顺序的投切。

表1 两种方案整体对比表

表2 两种方案功能、性能及可操作性的对比

4.3 两种方案功能、性能及可操作性的对比

表2为两种方案功能、性能及可操作性的对比比较[2-6]。

5 结 论

目前，国内数据中心有些采用整体式中压ATS方案，还有一部分采用组合式中压ATS方案。组合式中压ATS方案控制逻辑复杂、安全性相对不可靠、价格相对低，而整体式中压ATS方案对比组合式中压ATS方案恰恰反之。