安科瑞 劉邁

摘要：隨著電力需求的不斷增加,，電力系統(tǒng)供電可靠性要求越來越高,，許多供電系統(tǒng)已具備兩回或多回供電線路。備用電源自動投入裝置可以有效提高供電的可靠性,，該類裝置能夠在工作電源因故障斷開后,，自動且迅速地將備用電源投入到工作或?qū)⒂脩羟袚Q到備用電源上。本文介紹的AM5-DB低壓備自投裝置,，針對該工程的三進(jìn)線兩聯(lián)絡(luò)兩柴發(fā)系統(tǒng)特殊定制了備自投邏輯,，實(shí)現(xiàn)分段備投+柴發(fā)備投的備自投功能，同時配合我司的電力監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-2000實(shí)現(xiàn)對整個配電房的配電線路的監(jiān)視,、測量,、控制和保護(hù)，能大大提高變電站運(yùn)行的可靠性,、安全性和供電質(zhì)量,，有利于實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動化，實(shí)現(xiàn)無人或少人值班,。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心,；可靠性,；低壓備自投裝置；電力監(jiān)控系統(tǒng)

1,、項(xiàng)目概況

近年來,，國內(nèi)各行業(yè)業(yè)務(wù)處對信息技術(shù)的依賴不斷增加，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心市場逐漸擴(kuò)大,，投資規(guī)模迅速增長,，對用電需求也逐年增加。通過對數(shù)據(jù)中心用電情況的分析,，數(shù)據(jù)中心用電主要呈現(xiàn)以下幾個特點(diǎn)：①可靠性要求高：可靠性是數(shù)據(jù)中心用電的核心要求,，需要完備的故障處理機(jī)制保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。所以在數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)中,，除了正常采取多回路獨(dú)立電源供電以外,，還會配有事故備用柴油發(fā)電機(jī)；②配電系統(tǒng)復(fù)雜：相比較一般建筑配電系統(tǒng),，數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)因增加了柴油發(fā)電機(jī)等設(shè)備,，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，以滿足高可靠性的供電需求,；③用電規(guī)模大且密度高：隨著數(shù)字化浪潮席卷全球,，數(shù)據(jù)存儲、處理與傳輸需求呈指數(shù)化增長,，推動數(shù)據(jù)中心朝大型化,、超大型化方向發(fā)展。IT設(shè)備如服務(wù)器,、存儲設(shè)備,、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，其能耗在數(shù)據(jù)中心總能耗中占比較大,，同時為保證IT設(shè)備在正常溫濕度條件下工作,，數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)也需要消耗大量電力。這使得數(shù)據(jù)中心耗電量占全球用電量比重逐年增高,，對供電系統(tǒng)的承載能力及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了新的挑戰(zhàn),。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)中心用電特點(diǎn)，其用電管理顯得尤為重要,，本項(xiàng)目為遼寧省移動數(shù)據(jù)中心舊配電房改造工程,，項(xiàng)目主要內(nèi)容為在0.4kV部分增設(shè)低壓備自投裝置實(shí)現(xiàn)主電源故障時切換至備用電源以保證電力供應(yīng)的連續(xù)性及在配電房內(nèi)增加電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對整個配電房的配電線路的監(jiān)視、測量,、控制和保護(hù),。本文主要介紹我司低壓備自投裝置AM5-DB及電力監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-2000在該項(xiàng)目中的應(yīng)用。

該項(xiàng)目的0.4kV供電系統(tǒng)主要由三站用變進(jìn)線,、兩母聯(lián)及兩柴發(fā)進(jìn)線組成,，具體項(xiàng)目一次圖已簡化如圖1所示,。三個站用變均為10/0.4kV電壓等級，且來源于同一10kV母線,。其中進(jìn)線1,、進(jìn)線2為主用進(jìn)線，進(jìn)線3作兩進(jìn)線其中之一的熱備用（當(dāng)兩路主用進(jìn)線均失電時,，只給I段母線供電）,，III段母線不帶負(fù)載；兩柴發(fā)進(jìn)線作為站用變進(jìn)線的備用,。我司用兩臺備自投裝置采集三站用變進(jìn)線電壓電流,、兩路柴發(fā)電壓及各斷路器位置狀態(tài)，并集成了7個斷路器的分合閘控制信號及兩個柴油發(fā)電機(jī)的啟動信號實(shí)現(xiàn)對該低壓系統(tǒng)的備自投投切的控制,。

圖1 備自投一次圖

2,、備自投方案

本項(xiàng)目備自投裝置采集三站用變進(jìn)線電壓電流、兩柴發(fā)進(jìn)線電壓及7個斷路器位置,，需要實(shí)現(xiàn)的備自投功能如下：

1）       正常運(yùn)行時1QF,、2QF、3QF合閘,，4QF,、5QF、6QF,、7QF分閘,，由1#進(jìn)線帶I段母線、2#進(jìn)線帶II段母線,，3#進(jìn)線作為熱備用,。當(dāng)備自投裝置檢測到此時電壓、電流及斷路器位置狀態(tài)無誤時,，經(jīng)延時，備自投進(jìn)入充電狀態(tài),。

2）       僅進(jìn)線1電壓異常

①　       當(dāng)#1站用變異常時,，備自投裝置檢測到進(jìn)線1無壓無流，則斷開#1進(jìn)線斷路器1QF,，然后備自投合I,、III段母線聯(lián)絡(luò)斷路器6QF，此時由備用站用變#3帶I段母線負(fù)載運(yùn)行,。

②　       當(dāng)備自投裝置檢測到進(jìn)線1電壓恢復(fù),，備自投充電準(zhǔn)備恢復(fù)由#1進(jìn)線供電。充電完成后,，備自投斷開I,、III段母線聯(lián)絡(luò)斷路器6QF,，合上#1進(jìn)線斷路器1QF，恢復(fù)1#進(jìn)線帶I段母線,。

3）       僅進(jìn)線2電壓異常

①　       當(dāng)#2站用變異常時,，備自投裝置檢測到進(jìn)線2無壓無流，則斷開#2進(jìn)線斷路器2QF,，然后備自投合II,、III段母線聯(lián)絡(luò)斷路器7QF，此時由備用站用變#3帶II段母線負(fù)載運(yùn)行,。

②　       當(dāng)備自投裝置檢測到進(jìn)線2電壓恢復(fù),，備自投充電準(zhǔn)備恢復(fù)由#2進(jìn)線供電。充電完成后,，備自投斷開II,、III段母線聯(lián)絡(luò)斷路器7QF，合上#2進(jìn)線斷路器2QF,，恢復(fù)2#進(jìn)線帶II段母線,。

4）       僅進(jìn)線3電壓異常

①　       當(dāng)#3站用變異常時，備自投裝置檢測到進(jìn)線3無壓無流,，則斷開#3進(jìn)線斷路器3QF,，保持1#進(jìn)線供I段母線運(yùn)行，2#進(jìn)線供II段母線運(yùn)行,。

②　       當(dāng)備自投裝置檢測到進(jìn)線3電壓恢復(fù),，備自投充電準(zhǔn)備恢復(fù)由#3進(jìn)線供電。充電完成后,，備自投合上#3進(jìn)線斷路器3QF,，恢復(fù)3#進(jìn)線作熱備用。

5）       進(jìn)線1,、進(jìn)線2及進(jìn)線3電壓均異常

①　       當(dāng)#1,、#2、#3進(jìn)線均失電時,，備自投裝置檢測到進(jìn)線1,、進(jìn)線2、進(jìn)線3無壓無流,，備自投發(fā)出啟動IP2,、IP5柴發(fā)信號同時斷開#1進(jìn)線斷路器1QF、#2進(jìn)線斷路器2QF,、#3進(jìn)線斷路器3QF,。備自投裝置檢測到1QF、2QF,、3QF分閘,，且IP5,、IP2柴發(fā)有壓后，備自投裝置合IP5柴發(fā)進(jìn)線斷路器5QF,、IP2柴發(fā)進(jìn)線斷路器4QF,。由IP5柴發(fā)為I段母線供電、IP2柴發(fā)為II段母線供電,。

②　       進(jìn)線1和進(jìn)線2恢復(fù),，進(jìn)線3未恢復(fù)時

備自投裝置檢測到U1和U2有壓、U3無壓,，備自投充電準(zhǔn)備恢復(fù)#1進(jìn)線和#2進(jìn)線供電,。充電完成后，備自投裝置跳開IP5柴發(fā)進(jìn)線5QF和IP2柴發(fā)進(jìn)線斷路器4QF,，然后合上#1進(jìn)線斷路器1QF和#2斷路器2QF,，1QF、2QF合閘后,，經(jīng)延時啟動IP2信號,、啟動IP5信號斷開?；謴?fù)1#進(jìn)線帶I段母線,，2#進(jìn)線帶II段母線。

③　       進(jìn)線1和進(jìn)線3恢復(fù),，進(jìn)線2未恢復(fù)時

備自投裝置檢測到U1和U3有壓,、U2無壓，備自投充電準(zhǔn)備恢復(fù)#1進(jìn)線和#3進(jìn)線供電,。充電完成后,，備自投裝置發(fā)出命令跳開IP5柴發(fā)進(jìn)線5QF和IP2柴發(fā)進(jìn)線斷路器4QF，然后合上#1進(jìn)線斷路器1QF和#3斷路器3QF,，1QF,、3QF合閘后，再合II,、III段母線聯(lián)絡(luò)斷路器7QF,，經(jīng)延時啟動IP2信號、啟動IP5信號斷開,。此時3#備用進(jìn)線帶II段母線，1#進(jìn)線帶I段母線,。

④　       進(jìn)線2和進(jìn)線3恢復(fù),，進(jìn)線1未恢復(fù)時

備自投裝置檢測到U2和U3有壓、U1無壓,，備自投充電準(zhǔn)備恢復(fù)#2進(jìn)線和#3進(jìn)線供電,。充電完成后,，備自投裝置發(fā)出命令跳開IP5柴發(fā)進(jìn)線5QF和IP2柴發(fā)進(jìn)線斷路器4QF，然后合上#2進(jìn)線斷路器2QF和#3斷路器3QF,，2QF,、3QF合閘后，再合I,、II段母線聯(lián)絡(luò)斷路器6QF,，經(jīng)延時啟動IP2信號、啟動IP5信號斷開,。此時3#備用進(jìn)線帶I段母線,，2#進(jìn)線帶II段母線。

⑤　       進(jìn)線1,、進(jìn)線2和進(jìn)線3均恢復(fù)時

備自投裝置檢測到U1,、U2和U3有壓，備自投充電準(zhǔn)備恢復(fù)#1進(jìn)線,、#2進(jìn)線和#3進(jìn)線供電,。充電完成后，備自投裝置發(fā)出命令跳開IP5柴發(fā)進(jìn)線5QF和IP2柴發(fā)進(jìn)線斷路器4QF,，然后合上#1進(jìn)線斷路器1QF,、#2進(jìn)線斷路器2QF和#3斷路器3QF，經(jīng)延時啟動IP2信號,、啟動IP5信號斷開,。此時恢復(fù)1#進(jìn)線帶I段母線，2#進(jìn)線帶II段母線,，#3進(jìn)線作熱備用,。

3、產(chǎn)品方案

本次改造在配電房新配Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng),，通過ANet-2E4S智能網(wǎng)關(guān)將現(xiàn)場設(shè)備：10kV部分原有的微機(jī)保護(hù)裝置,、本次0.4kV部分改造新增的備自投裝置及0.4kV的多功能電力儀表等數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_電力監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對本配電房設(shè)備的數(shù)據(jù)采集,、監(jiān)視和控制功能,。

該配電房0.4kV系統(tǒng)共有3個站用變進(jìn)線，2個母聯(lián)及兩個柴發(fā)進(jìn)線,，共計配置兩臺AM5-DB低壓備自投裝置安裝在該配電房改造新安裝的低壓備自投箱體中,，由兩臺備自投裝置配合使用：備自投裝置1實(shí)現(xiàn)各斷路器分閘命令及控制柴發(fā)啟動，備自投裝置2實(shí)現(xiàn)各斷路器合閘命令,。同時繪制箱體接線二次圖,、端子排，根據(jù)原裝置二次回路設(shè)計進(jìn)行改造，將備自投相關(guān)控制線路接入原二次回路中,，并定制特殊程序及硬件實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的投切,。

裝置背部端子設(shè)計方案如圖2.1所示：

改造后進(jìn)線1柜二次回路如圖2.2所示（紅色部分為此項(xiàng)目改造新增）：

圖2.1  AM5-DB低壓備自投裝置背部端子圖

圖2.2 進(jìn)線1柜改造二次原理圖

4、系統(tǒng)功能

為實(shí)時監(jiān)視整個配電室的運(yùn)行以及數(shù)據(jù)采集,，該項(xiàng)目配置一套Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng),，其可實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

4.1 實(shí)時監(jiān)測

人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài),，實(shí)時監(jiān)測各回路電壓,、電流、功率,、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān),、地刀等合,、分閘狀態(tài)及故障、告警等信號,。同時單獨(dú)繪制了簡易的0.4kV備自投一次系統(tǒng)圖,，更直觀地查看備自投狀態(tài)、市電進(jìn)線和柴發(fā)進(jìn)線的電壓電流及各斷路器位置狀態(tài),。

圖3  配電房整體實(shí)時監(jiān)測主界面

圖4  0.4kV備自投控制狀態(tài)顯示

4.2 電參量查詢

在配電一次圖中,，可以直接查看對應(yīng)回路的三相電流，通過實(shí)時報表可以進(jìn)一步查看對應(yīng)開關(guān)柜回路的詳細(xì)電參量,，包括電流,、電壓、總功率因數(shù),、總有功功率,、總無功功率、電能等,。

圖5  實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)測

4.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D及通訊管理

支持實(shí)時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),，能夠完整地顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位,，方便運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時掌握現(xiàn)場各設(shè)備的通訊狀態(tài),，及時維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,。

該項(xiàng)目配電房網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示,，實(shí)時顯示配電房內(nèi)采集的各個設(shè)備通訊狀態(tài)，紅色圖例代表通訊中斷,，綠色圖例代表通訊正常,。在系統(tǒng)主機(jī)和通訊管理機(jī)旁標(biāo)明了分配的IP地址，各個設(shè)備旁標(biāo)出了設(shè)備名稱/設(shè)備所屬回路,。

圖6  站內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>圖

4.4 歷史事件查詢

能夠?qū)b信變位,，保護(hù)動作、事故跳閘,，以及電壓,、電流、功率,、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理,，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警信息進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計,、事故分析,。

4.5 曲線查詢

能夠查詢實(shí)時曲線和歷史曲線，包括三相電流,、三相電壓,、有功功率、無功功率,、功率因數(shù)等所有遙測量,。

4.6 運(yùn)行報表

查詢各回路或設(shè)備時間的運(yùn)行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流,、三相電壓,、總功率因數(shù)、總有功功率,、總無功功率,、正向有功電能等，報表格式有日報表,、月報表,、年報表等。

4.7 遙控功能

根據(jù)電力規(guī)程要求,，可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作,。

4.8 用戶權(quán)限管理

設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作,，數(shù)據(jù)庫修改等）,。系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員組、工程師組,、操作員組等）,，在每個權(quán)限組里分配不同用戶，為系統(tǒng)運(yùn)行,、維護(hù),、管理提供可靠的安全保障。

4.9 事故追憶

能夠自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實(shí)時穩(wěn)態(tài)信息，包括開關(guān)位置,、 保護(hù)動作狀態(tài),、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),。

4.10 故障錄波

能夠在系統(tǒng)發(fā)生故障時,，自動準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況,，通過對這些電氣量的分析,、比較，對分析處理事故,、判斷保護(hù)是否正確動作,、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平有著重要作用。

5,、現(xiàn)場安裝圖片

本項(xiàng)目AM5-DB低壓備自投保護(hù)裝置安裝在該配電房改造新設(shè)置的備自投箱體中,，現(xiàn)場安裝圖片如下所示，該項(xiàng)目已于2025年2月現(xiàn)場調(diào)試后送電使用,，目前正常運(yùn)行,。

圖7  AM5-DB低壓備自投保護(hù)裝置現(xiàn)場安裝圖片

圖8  現(xiàn)場配電房值班室一次系統(tǒng)圖

圖9 現(xiàn)場低壓配電房

6、結(jié)語

我國的電力供應(yīng)主要依靠國家電網(wǎng)供電,，電力缺口也在不斷變大,，尤其在用電高峰期缺電現(xiàn)象嚴(yán)重，為此很多大型企業(yè)便自建電廠或配備發(fā)電機(jī),。備用電源自動投入裝置,，可以保證電源的不間斷供電并提高供電的高可靠性，目前已經(jīng)成為現(xiàn)代配電工程中保護(hù)和控制回路的重要部分,。同時電力監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對專用開閉所,、配電房內(nèi)主要設(shè)備和輸配電線路的自動監(jiān)視、測量,、控制,、保護(hù)，以及與上級系統(tǒng)通信等綜合性的自動化功能,。本文介紹的該配電房使用AM5-DB低壓備自投保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)了不同的供電方式的切換,，提高了供電的可靠性，配合電力監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-2000使整個配電工程實(shí)現(xiàn)了綜合自動化,，減少了現(xiàn)場值班人員的勞動強(qiáng)度,，節(jié)省了人力資源。

參考文獻(xiàn)

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