一、備用電源系統(tǒng)的監(jiān)控需求

 

數(shù)據(jù)中心備用電源系統(tǒng)的容量有限性。備用發(fā)電機(jī)組燃油價格相對很高，且燃油產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的效率不到35%，因而備用發(fā)電成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于市電，另一方面?zhèn)溆孟到y(tǒng)長期處于“閑置”狀態(tài)，故即使有冗余需求，數(shù)據(jù)中心備用電源系統(tǒng)也是一個裝機(jī)容量非常有限的有限電源。

 

數(shù)據(jù)中心備用電源系統(tǒng)的監(jiān)控需求。數(shù)據(jù)中心備用電源系統(tǒng)容量的有限性，導(dǎo)致備用電源系統(tǒng)先天性不足，一方面，備用系統(tǒng)運(yùn)行中一旦出現(xiàn)一定數(shù)量的機(jī)組故障，系統(tǒng)頻率將過度下降，如果不做相應(yīng)的系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計，則一定延時后必將低頻停機(jī)，導(dǎo)致備用電源系統(tǒng)徹底崩潰；另一方面，數(shù)據(jù)中心通常對備用電源系統(tǒng)的裝機(jī)容量有一定冗余要求，因此如果不考慮負(fù)載率一律投運(yùn)所有備用機(jī)組，則勢必導(dǎo)致備用電源系統(tǒng)經(jīng)常性輕載運(yùn)行，從而進(jìn)一步提高備用發(fā)電成本，而負(fù)載率長時間低于30%運(yùn)行將大大加速備用發(fā)電機(jī)組老化。可見，要確保數(shù)據(jù)中心正常的備用電源需求，不僅需要可靠的發(fā)配電一次系統(tǒng)，而且離不開具備基本監(jiān)控功能的備用電源二次系統(tǒng)。

 

數(shù)據(jù)中心備用電源控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)主控制器、機(jī)組控制器、斷路器輔助開關(guān)、控制電纜等硬件以及相關(guān)監(jiān)控軟件等組成，圖4-3-1所示，對配電系統(tǒng)中市電、發(fā)電機(jī)組、并聯(lián)斷路器、應(yīng)急母排、系統(tǒng)主斷路器乃至饋線開關(guān)柜等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制，以確保整個備用電源系統(tǒng)正常運(yùn)行。備用電源控制系統(tǒng)，不僅應(yīng)當(dāng)具有市電系統(tǒng)常規(guī)的監(jiān)控功能，而且必須具有自動加減載、自動增減機(jī)組等獨(dú)特監(jiān)控功能。

 

二、備用電源系統(tǒng)的常規(guī)監(jiān)控

 

備用電源系統(tǒng)的常規(guī)監(jiān)控包括市電和備用電源的測量、斷路器的監(jiān)控、市電與備用電源的同步、電源切換監(jiān)控、備用電源與市電并聯(lián)控制、機(jī)組中性點(diǎn)接地監(jiān)控、系統(tǒng)的手動控制和系統(tǒng)故障記錄等。

 

1、市電和備用電源的測量

 

備用電源監(jiān)控系統(tǒng)對市電和備用電源的測量，通過各種測量電壓互感器、電流互感器，以及系統(tǒng)主控制器、機(jī)組控制器等實(shí)現(xiàn)。

 

備用電源系統(tǒng)需要測量應(yīng)急母排的電壓和電流。低壓備用電源系統(tǒng)，系統(tǒng)主控制器直接測量母排三線或四線制電壓，高壓備用電源系統(tǒng)須通過電壓互感器測量；無論低壓還是高壓備用電源系統(tǒng)，系統(tǒng)主控制器通過一定數(shù)量的電流互感器，測量應(yīng)急母排各饋線支路的電流。電流互感器的二次電流為5A或1A，一次電流應(yīng)當(dāng)可高達(dá)25000A。

 

市電進(jìn)線端的電壓和電流測量，取決于數(shù)據(jù)中心的具體需要。如果不容許備用電源系統(tǒng)與市電不斷電切換和并聯(lián)，則只需測量市電進(jìn)線端電壓即可；如果容許備用電源與市電進(jìn)行不斷電切換甚至長時間并聯(lián)，則需要測量市電進(jìn)線的電流，以便進(jìn)行負(fù)載的有效管理，防止功率反送干擾市電系統(tǒng)運(yùn)行。

 

電源其它參數(shù)的檢測。市電及備用電源的頻率、相序、總電流、kW、kVAR、KVA值、功率因數(shù)、kWh、kVARh和kVAh等參數(shù)的監(jiān)測，通過對應(yīng)急母排、市電進(jìn)線端電壓、電流的測量而間接實(shí)現(xiàn)。

 

2、斷路器的監(jiān)控

 

堅持根據(jù)數(shù)據(jù)中心的實(shí)際需要，備用電源控制系統(tǒng)通過輸出常開或常閉接點(diǎn)信號，借助斷路器的合閘、分閘控制回路，實(shí)現(xiàn)對并聯(lián)斷路器、備用系統(tǒng)主斷路器、市電進(jìn)線斷路器和饋線斷路器進(jìn)行合閘、分閘操作。與此同時，控制系統(tǒng)通過監(jiān)測斷路器控制開關(guān)的位置，確定其控制模式（“遠(yuǎn)程”或“就地”），通過監(jiān)測抽出式斷路器行程輔助開關(guān)，確定其物理位置（“工作”或“檢修”），通過測量斷路器的常開、常閉、事故、跳閘等輔助接點(diǎn)，確定其工作狀態(tài)（“合閘”、“分閘”或“事故跳閘”）。一旦發(fā)現(xiàn)異常，控制系統(tǒng)將發(fā)出如下聲光信號，并進(jìn)行相關(guān)的后續(xù)處理。

 

斷路器合閘失�。簜溆秒娫纯刂葡到y(tǒng)向斷路器發(fā)出合閘指令時，監(jiān)測斷路器輔助開關(guān)的狀態(tài)，如果在預(yù)先設(shè)定的時間內(nèi)檢測到斷路器仍在分閘狀態(tài)，則發(fā)出合閘失敗報警信號。

 

斷路器分閘失敗：備用控制系統(tǒng)向斷路器發(fā)出分閘指令時，監(jiān)測斷路器輔助開關(guān)的狀態(tài)，如果在預(yù)設(shè)時間內(nèi)檢測到斷路器處于合閘狀態(tài)，則發(fā)出斷路器分閘失敗報警信號。

 

斷路器位置觸點(diǎn)出錯：控制系統(tǒng)監(jiān)測斷路器“常開”和“常閉”兩個輔助開關(guān)。如果觸開關(guān)與斷路器合分狀態(tài)不一致，則會發(fā)出斷路器位置開關(guān)報警信號。

 

3、應(yīng)急母排與市電同步監(jiān)控

 

數(shù)據(jù)中心要求備用電源與市電采用不斷電切換、或需要備用電源與市電并聯(lián)運(yùn)行時，需要備用電源控制系統(tǒng)控制應(yīng)急母排與市電同步。同步開始時，系統(tǒng)主控制器控制并聯(lián)備用機(jī)組以市電為基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和輸出電壓并同時監(jiān)測同步效果，當(dāng)備用電源與市電滿足同步條件時，主控制器控制市電進(jìn)線主斷路器合閘。

 

備用電源控制系統(tǒng)要有效監(jiān)控備用電源與市電同步，首先系統(tǒng)主控制器不僅需要具有控制機(jī)組調(diào)速調(diào)壓的同步功能，而且需要有應(yīng)急母排與市電的同期檢查功能，其次，需要調(diào)試人員根據(jù)數(shù)據(jù)中心對電能質(zhì)量的暫態(tài)要求、備用機(jī)組的調(diào)速調(diào)壓能力及市電的電能質(zhì)量等，設(shè)定最合適的電壓、頻率、相位差及其持續(xù)時間；此外，控制系統(tǒng)還要有同步失敗報警功能，如果備用電源與市電不斷電切換過程中同步失敗，則控制系統(tǒng)應(yīng)自動改變電源切換方式，以斷電切換的方式完成備用電源與市電的切換。

 

4、備用電源與市電并聯(lián)監(jiān)控

 

備用電源控制系統(tǒng)收到備用電源與市電并聯(lián)需求時，首先控制所有備用機(jī)組同時啟動，最先滿足供電條件的機(jī)組其并聯(lián)斷路器直接合閘，將電能送到應(yīng)急母排，并同時屏蔽其它機(jī)組直接合閘，其它機(jī)組同步并聯(lián)到應(yīng)急母排。所有機(jī)組并聯(lián)成功后，系統(tǒng)控制負(fù)載自動加載，然后管理整個備用電源系統(tǒng)的有功功率和無功功率輸出。數(shù)據(jù)中心最合適的并聯(lián)運(yùn)行功率管理模式，需要根據(jù)市電并聯(lián)運(yùn)行要求、備用系統(tǒng)的裝機(jī)容量及負(fù)載需求特點(diǎn)等，選擇應(yīng)急母排或市電進(jìn)線作為有功功率(kW)、無功功率（kVAR或功率因數(shù)）的監(jiān)測點(diǎn)，以有效控制備用電源與市電并聯(lián)運(yùn)行。

 

5、中性點(diǎn)接地控制

 

系統(tǒng)中所有并聯(lián)機(jī)組的中性點(diǎn)，可通過各自的接地電阻柜單獨(dú)接地，也可通過一個公共電阻柜接地。無論采用哪種接地設(shè)計，備用電源系統(tǒng)需要能正確動作的接地保護(hù)時，任何一臺機(jī)組的中線點(diǎn)接地控制，應(yīng)當(dāng)與機(jī)組并聯(lián)斷路器的控制同步，即控制系統(tǒng)控制機(jī)組并聯(lián)斷路器合閘（或分閘）的同時，必須同步控制機(jī)組中性點(diǎn)接地回路的斷路器或接觸器合閘（或分閘）。

 

6、手動控制

 

當(dāng)系統(tǒng)主控制器故障不能正常自動控制時，控制系統(tǒng)容許運(yùn)行人員手動控制每臺備用機(jī)組的啟動和停機(jī)，手動控制各斷路器的合、分閘。當(dāng)控制系統(tǒng)以手動控制方式工作且市電失電時，控制系統(tǒng)自動啟動所有發(fā)電機(jī)組，但備用機(jī)組并聯(lián)斷路器、主斷路器等的合分閘操作，需要操作人員按斷路器合分閘按鈕。

 

此外，備用電源控制系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)接收并記錄備用電源系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組、斷路器等設(shè)備的故障信息，以備系統(tǒng)及設(shè)備的故障處理和維護(hù)保養(yǎng)之用。

 

三、備用電源系統(tǒng)的電源切換監(jiān)控

 

1、備用電源系統(tǒng)電源切換的監(jiān)控對象

 

備用電源與市電之間進(jìn)行電源的自動切換時，需要備用系統(tǒng)控制具有電源切換監(jiān)控功能。數(shù)據(jù)中心負(fù)載端的電源切換監(jiān)控，由ATS本身的控制器完成，電源端的電源切換監(jiān)控，由系統(tǒng)主控制器負(fù)責(zé)。電源切換監(jiān)控，如圖4-3-2所示，至少需要監(jiān)測市電進(jìn)線端和應(yīng)急母排電壓，且至少需要控制市電主斷路器和備用主斷路器的合分閘。

 

2、備用電源系統(tǒng)電源切換的監(jiān)控基準(zhǔn)

 

有效的電源切換控制，需要準(zhǔn)確檢測電源電壓，更需要合理的電源切換監(jiān)控基準(zhǔn)，這些基準(zhǔn)包括電源電壓的動作和恢復(fù)值及其相關(guān)延時時間，其中，判斷市電失電的電壓動作值和市電恢復(fù)正常的電壓恢復(fù)值，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心市電的電能質(zhì)量確定，確定機(jī)組能正常帶載的機(jī)組最小正常輸出電壓和頻率，應(yīng)根據(jù)機(jī)組的輸出性能確定（一般定為機(jī)組額定參數(shù)的90%），市電失電時備用機(jī)組啟動延時TDES，應(yīng)確保有效規(guī)避市電的正常波動，市電向備用電源切換的延時TDNE，應(yīng)根據(jù)備用機(jī)組啟動帶載穩(wěn)定性能確定，機(jī)組停機(jī)前冷卻延時TDEC，應(yīng)根據(jù)機(jī)組負(fù)載率、機(jī)組性能及機(jī)房設(shè)計等確定，備用電源向市電切換的延時TDEN，應(yīng)根據(jù)機(jī)組最小容許運(yùn)行時間和市電恢復(fù)后所需要的穩(wěn)定時間確定，在斷電切換方式下，還需要根據(jù)感性負(fù)載的容量及其剩余電壓衰減時間常數(shù)，確定電源切換的中間暫停時間TDPT。

 

3、備用電源系統(tǒng)電源切換的監(jiān)控過程

 

市電帶負(fù)載正常運(yùn)行時，控制系統(tǒng)連續(xù)檢測市電電壓，當(dāng)電壓下降到電源切換電壓動作值以下并持續(xù)TDES時，系統(tǒng)控制所有備用機(jī)組啟動，當(dāng)機(jī)組輸出達(dá)到最小正常輸出電壓和頻率并持續(xù)TDNE時，斷開市電主斷路器，合上主斷路器，數(shù)據(jù)中心負(fù)載由備用電源供電�？刂葡到y(tǒng)繼續(xù)監(jiān)測市電進(jìn)線電壓，當(dāng)市電恢復(fù)且電壓達(dá)到電壓恢復(fù)值并持續(xù)TDEN時，如果是斷電切換，則斷開主斷路器，緊接著合上市電主斷路器（非感性負(fù)載切換），或延時TDPT控制市電進(jìn)線斷路器合閘（感性負(fù)載切換），負(fù)載由市電供電，TDEC延時過后控制系統(tǒng)斷開機(jī)組啟動信號，備用機(jī)組冷卻停機(jī)；如果采用不斷電切換，控制系統(tǒng)控制應(yīng)急母排與市電同步，滿足同步條件時控制市電主斷路器合閘，并控制機(jī)組負(fù)載平穩(wěn)轉(zhuǎn)移到市電，然后控制主斷路器分閘，TDEC延時后斷開機(jī)組啟動信號，備用機(jī)組冷卻停機(jī)。ATS控制器控制監(jiān)控電源切換的過程，基本與上述過程相同。

 

4、備用電源系統(tǒng)電源切換的故障處理

 

“主斷路器合閘失敗”故障處理。在備用電源向市電的切換過程中，如果市電進(jìn)線主斷路器合閘失敗，采用斷電切換時控制系統(tǒng)將重新控制備用電源主斷路器合閘，數(shù)據(jù)中心負(fù)載繼續(xù)由備用電源系統(tǒng)供電；采用不斷電切換時控制系統(tǒng)將保持備用電源主斷路器處合閘狀態(tài)，負(fù)載繼續(xù)由備用電源系統(tǒng)供電，直至操作員復(fù)位故障狀況并解決問題。如果在市電向備用電源切換過程中備用電源主斷路器合閘失敗，則控制系統(tǒng)將重新控制市電主斷路器合閘，負(fù)載重新接回到市電側(cè)，無論市電是否帶電，直到操作人員完成相關(guān)處理后復(fù)位故障。

 

“斷路器位置觸點(diǎn)出錯”和“斷路器分閘失敗”故障處理。如果在電源切換過程中備用電源控制系統(tǒng)同時收到市電進(jìn)線主斷路器（或備用主斷路器）“斷路器位置觸點(diǎn)出錯”和“斷路器分閘失敗”報警，則系統(tǒng)將檢測流過斷路器的三相電流是否超過最小臨界值，如果超過則判定主斷路器仍處合閘狀態(tài)，控制系統(tǒng)將保持原電源繼續(xù)供電，如果小于則判定主斷路器已成功分閘，系統(tǒng)將繼續(xù)電源切換進(jìn)程，將負(fù)載切換到另一電源。

 

“電源并聯(lián)超時”故障處理。在不斷電電源切換過程中，控制系統(tǒng)對市電和備用電源的并聯(lián)時間進(jìn)行監(jiān)控，如果并聯(lián)持續(xù)時間超過系統(tǒng)容許的最長并聯(lián)時間，控制系統(tǒng)當(dāng)發(fā)出報警，并控制主斷路器分閘，從而斷開應(yīng)急母排，退出所有備用機(jī)組。

 

四、備用電源系統(tǒng)的自動加減負(fù)載

 

數(shù)據(jù)中心的備用電源是一個裝機(jī)容量有限的交流電源，負(fù)載重要程度的區(qū)別和裝機(jī)容量的最小化需求等，要求系統(tǒng)具有自動加減載功能。

 

1、備用電源系統(tǒng)的自動加載

 

備用電源的自動加載是指，備用電源啟動帶載時，控制系統(tǒng)按一定次序分步控制饋線斷路器合閘，從而實(shí)現(xiàn)先后給負(fù)載送電。負(fù)載的加載優(yōu)先級即加載次序，主要取決于負(fù)載的重要程度，負(fù)載越重要加載越優(yōu)先，電源切換時停電時間就越短。

 

（1）備用電源系統(tǒng)負(fù)載加載優(yōu)先級的確定

負(fù)載加載的優(yōu)先級別，取決于負(fù)載的重要程度和負(fù)載特性。負(fù)載的加載優(yōu)先級，首先應(yīng)當(dāng)按負(fù)載的重要程度排序，比如法規(guī)要求市電停電10秒內(nèi)必須恢復(fù)供電的緊急及救生類負(fù)載，備用系統(tǒng)啟動后必須優(yōu)先加載；其次應(yīng)當(dāng)按最小化系統(tǒng)裝機(jī)容量的負(fù)載特性排序，比如優(yōu)先啟動電動機(jī)可有效降低裝機(jī)容量，故法定優(yōu)先的負(fù)載供電后，應(yīng)優(yōu)先加載電動機(jī)負(fù)載，且非變頻啟動電機(jī)優(yōu)先于變頻啟動電機(jī)，又比如，UPS相關(guān)保護(hù)對電源頻率的波動非常敏感，最后（無循環(huán)負(fù)載）或此后（有循環(huán)負(fù)載）投入可有效減少裝機(jī)容量，故UPS的加載次序在所有非循環(huán)負(fù)載之后，循環(huán)負(fù)載需要經(jīng)常性投入和退出，加載序列中排最后，以便系統(tǒng)有足夠的裝機(jī)容量，確保其經(jīng)常性起停所引起的電壓、頻率波動，不至于影響UPS等在線負(fù)載的正常工作。此外，同類負(fù)載加載時，應(yīng)當(dāng)按負(fù)載容量大小排序。

 

（2）備用電源系統(tǒng)加載最小在線容量的確定

備用電源系統(tǒng)加載最小在線容量，指為了確保系統(tǒng)能夠按加載優(yōu)先級成功啟動所有負(fù)載運(yùn)行，第一級負(fù)載加載前應(yīng)急母排上應(yīng)當(dāng)具有的最小在線機(jī)組容量。如果母排上的機(jī)組在線容量小于該最小容量，則系統(tǒng)將因啟動容量不夠?qū)е碌谝患壺?fù)載啟動失敗，或雖然第一級負(fù)載能夠成功啟動，但系統(tǒng)也會因啟動容量不夠（即使有新的機(jī)組隨負(fù)載的加載依次上線并入），導(dǎo)致第二級或后續(xù)負(fù)載啟動失敗。

 

有效的系統(tǒng)加載最小在線容量，取決于市電失電時不容許卸載的負(fù)載容量、負(fù)載加載次序以及單臺機(jī)組容量等因素。負(fù)載加載次序影響最大的因素是，最大電動機(jī)負(fù)載的加載次序，以及啟動電動機(jī)負(fù)載前按負(fù)載重要程度必須優(yōu)先送電的在線負(fù)載總?cè)萘康�。系統(tǒng)最小加載在線容量的確定，直接影響電動機(jī)等負(fù)載能否啟動成功。

 

（3）備用電源系統(tǒng)的自動加載控制

備用電源系統(tǒng)加載最小在線容量小于單機(jī)容量時，如果市電失電，控制系統(tǒng)同時啟動所有備用機(jī)組，并監(jiān)測其輸出電壓和頻率，當(dāng)某機(jī)組的輸出電壓和頻率最先達(dá)到額定值90%時，系統(tǒng)控制其并聯(lián)斷路器直接合閘，并將其它機(jī)組向母排送電的方式由直接合閘改為同步并聯(lián)，與此同時，系統(tǒng)控制主斷路器合閘，然后如圖4-3-3所示，控制優(yōu)先級最高的饋線斷路器合閘送電，當(dāng)?shù)诙�臺機(jī)組同步并上母排后，系統(tǒng)控制第二級負(fù)載送電，依次類推，當(dāng)所有機(jī)組都并上應(yīng)急母排時，系統(tǒng)按優(yōu)先級依次延時控制剩余饋線送電，直到所有負(fù)載啟動運(yùn)行。

 

備用電源系統(tǒng)最小在線容量大于單機(jī)容量時，如果市電失電，則控制系統(tǒng)同時啟動備用系統(tǒng)中所有備用機(jī)組，當(dāng)某機(jī)組的輸出電壓和頻率最先達(dá)到額定值90%時，系統(tǒng)控制其并聯(lián)斷路器直接合閘，并將其它機(jī)組給應(yīng)急母排送電的方式由直接合閘改為同步并聯(lián)；當(dāng)應(yīng)急母排在線機(jī)組容量達(dá)到最小在線容量時，一方面未上線機(jī)組在各自機(jī)組控制器的控制下繼續(xù)與母排同步，另一方面系統(tǒng)控制主斷路器合閘，并控制優(yōu)先級最高的饋線斷路器合閘送電；控制系統(tǒng)繼續(xù)檢測應(yīng)急母排在線機(jī)組數(shù)量，每上一臺機(jī)組則增加一級負(fù)載送電，直到最后一臺機(jī)組并上應(yīng)急母排；當(dāng)所有機(jī)組都上線運(yùn)行時，控制系統(tǒng)按負(fù)載優(yōu)先級別，依次延時控制相應(yīng)饋線斷路器合閘給剩余負(fù)載送電。

 

2、備用電源系統(tǒng)的自動減載

 

市電失電后，備用電源系統(tǒng)所有機(jī)組并聯(lián)啟動所有負(fù)載運(yùn)行一段時間（穩(wěn)定延時）后，控制系統(tǒng)開始檢測應(yīng)急母排上負(fù)載總?cè)萘亢拖到y(tǒng)頻率，當(dāng)負(fù)載總?cè)萘砍掷m(xù)一段時間超過備用電源系統(tǒng)容許的最大容量，或系統(tǒng)頻率持續(xù)一段時間低于負(fù)載容許頻率下限時，系統(tǒng)控制器將根據(jù)負(fù)載的減載優(yōu)先級，控制相應(yīng)饋線斷路器分閘斷電，直到母排過載狀態(tài)消失及且頻率穩(wěn)定恢復(fù)到正常范圍。負(fù)載的減載優(yōu)先級即減載次序，取決于負(fù)載的不重要程度，負(fù)載越不重要，其在自動減載的過程中停電的時間點(diǎn)就越靠前，停電的時間就越長。

 

（1）備用電源系統(tǒng)負(fù)載減載優(yōu)先級的確定

負(fù)載的減載優(yōu)先級別，與負(fù)載自動加載優(yōu)先級剛好相反，也就是說，一般情況下，自動加載隊(duì)列中越靠前的負(fù)載，其在自動減載隊(duì)列中越靠后，因此自動減載優(yōu)先級應(yīng)當(dāng)與自動加載優(yōu)先級同時確定，所不同的是，自動減載序列中可能有要求不許卸載的負(fù)載，此類負(fù)載卸載級別為零，在備用電源與市電的切換過程及備用電源的運(yùn)行過程中，控制系統(tǒng)不會控制其相應(yīng)的饋線斷路器分閘卸載，即便是整個備用電源系統(tǒng)徹底崩潰，其相應(yīng)的饋線斷路器也不會分閘，因此備用系統(tǒng)主斷路器合閘時，備用系統(tǒng)將同時啟動所有卸載級別為零的負(fù)載。可見，卸載級別為零的負(fù)載，是備用系統(tǒng)啟動運(yùn)行時加載最小在線容量的主要決定因素，同理，卸載級別為零的負(fù)載，也是備用電源系統(tǒng)自動增減在線運(yùn)行機(jī)組時，決定最小在線運(yùn)行機(jī)組容量的主要決定因素。

 

（2）備用電源系統(tǒng)的自動減載控制

備用電源系統(tǒng)投入運(yùn)行后，系統(tǒng)主控制器連續(xù)檢測系統(tǒng)的總負(fù)載需求容量，并與系統(tǒng)的在線機(jī)組容量比較。當(dāng)系統(tǒng)總負(fù)載需求容量大于應(yīng)急母排上在線機(jī)組容量時，應(yīng)急母排出現(xiàn)過載因而備用電源系統(tǒng)頻率下降。雖然，負(fù)載的任何瞬時波動都會造成備用系統(tǒng)頻率的瞬時波動，但當(dāng)系統(tǒng)總負(fù)載需求容量大于應(yīng)急母排上在線機(jī)組容量的持續(xù)時間，超過正常波動時間時，應(yīng)急母排出現(xiàn)非波動性過載，從而導(dǎo)致備用電源系統(tǒng)頻率永久性下降，此時，為了防止整個備用電源系統(tǒng)崩潰及保證重要負(fù)載的正常供電，備用電源將控制卸載級別最高（即最不重要）的負(fù)載卸載；控制系統(tǒng)繼續(xù)檢測應(yīng)急母排上總負(fù)載狀況，如果過載狀況消失，則系統(tǒng)立即停止自動減載，如果過載狀態(tài)繼續(xù)維持，且系統(tǒng)過載持續(xù)的時間，仍然超過正常波動時間，則將導(dǎo)致備用電源系統(tǒng)頻率繼續(xù)永久性下降，此時，控制系統(tǒng)將如圖4-3-4所示，繼續(xù)控制第二級不重要的負(fù)載卸載，以此類推，直到備用電源系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在用戶負(fù)載可接受的范圍之內(nèi)。

 

五、備用電源系統(tǒng)的自動增減機(jī)組

 

1、備用電源系統(tǒng)自動增減機(jī)組需求

 

數(shù)據(jù)中心備用電源系統(tǒng)的裝機(jī)容量，取決于實(shí)際負(fù)載容量、加載次序設(shè)計以及冗余設(shè)計等因數(shù)，一般遠(yuǎn)大于單臺機(jī)組的容量，而可靠性要求的冗余設(shè)計，使得數(shù)據(jù)中心的實(shí)際備用機(jī)組裝機(jī)容量一定程度上大于負(fù)載的滿載運(yùn)行需求容量，如果按負(fù)載容量的兩倍（2N）進(jìn)行裝機(jī)容量的冗余設(shè)計，則備用電源系統(tǒng)所有機(jī)組在線運(yùn)行時，即使數(shù)據(jù)中心所有負(fù)載滿載運(yùn)行，備用系統(tǒng)的負(fù)載率也只有50%，如部分負(fù)載小于額定容量運(yùn)行，則系統(tǒng)很容易出現(xiàn)長期輕載運(yùn)行。此外，為了使備用系統(tǒng)能夠有效啟動所有負(fù)載運(yùn)行，市電失電時必須啟動所有備用機(jī)組投入運(yùn)行，因此，如果備用系統(tǒng)沒有自動增減機(jī)組功能，則注定從備用電源啟動開始，備用電源系統(tǒng)就很可能一直輕載運(yùn)行，直到市電恢復(fù)供電。

 

備用電源系統(tǒng)容許長時間運(yùn)行的負(fù)載率為30%～70%，長期輕載運(yùn)行不僅加速發(fā)動機(jī)老化，而且進(jìn)一步提高發(fā)電成本。因此，數(shù)據(jù)中心備用電源控制系統(tǒng)，必須具有根據(jù)負(fù)載自動增減機(jī)組的功能，即根據(jù)應(yīng)急母排上在線機(jī)組容量與實(shí)際負(fù)載容量的偏差，自動退出在線運(yùn)行機(jī)組或自動啟動冷備用機(jī)組上線運(yùn)行。

 

備用電源控制系統(tǒng)的自動增減機(jī)組，不僅延長備用機(jī)組的使用壽命，而且有效降低備用電源系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)率。

 

2、備用電源系統(tǒng)自動增減機(jī)組優(yōu)先級

 

數(shù)據(jù)中心備用電源控制系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)急母排負(fù)載實(shí)際容量自動增減在線運(yùn)行機(jī)組時，需要先確定自動增減機(jī)組的優(yōu)先級。自動增減機(jī)組的優(yōu)先級，可根據(jù)數(shù)據(jù)中心的具體情況，按機(jī)組運(yùn)行時間自動確定，或直接采用固定優(yōu)先級。

 

按固定優(yōu)先級方式自動增減機(jī)組。如圖4-3-5所示，按固定優(yōu)先級方式自動增減機(jī)組時，運(yùn)行人員需根據(jù)備用電源系統(tǒng)所有機(jī)組的現(xiàn)有狀況，指定自動增加和自動退出機(jī)組的次序，自動增加機(jī)組的次序與自動退出機(jī)組的次序相反，圖4-3-5示例中，1#機(jī)組始終在線運(yùn)行，自動增加機(jī)組的優(yōu)先次序是2#、3#、4#機(jī)組，自動退出機(jī)組的次序是4#、3#、2#機(jī)組。

 

按機(jī)組運(yùn)行時間自動確定增減機(jī)組優(yōu)先級。按機(jī)組運(yùn)行時間確定機(jī)組增減優(yōu)先級時，系統(tǒng)根據(jù)每臺機(jī)組的運(yùn)行時間，即時自動確定系統(tǒng)自動增加機(jī)組和自動退出機(jī)組的次序，需要增加機(jī)組時，運(yùn)行時間最短的冷備用機(jī)組優(yōu)先啟動運(yùn)行，需要退出運(yùn)行機(jī)組（系統(tǒng)在線運(yùn)行機(jī)組容量超過負(fù)載實(shí)際容量一定數(shù)值）時，運(yùn)行時間最長的在線機(jī)組優(yōu)先離線停機(jī)。

 

3、備用電源系統(tǒng)自動增減機(jī)組

 

數(shù)據(jù)中心市電失電時，控制系統(tǒng)啟動所有備用機(jī)組運(yùn)行，而后自動控制負(fù)載按加載優(yōu)先級依次送電，經(jīng)過一定穩(wěn)定運(yùn)行延時后，備用電源控制系統(tǒng)進(jìn)入自動增減機(jī)組監(jiān)控。

 

自動減少在線機(jī)組。數(shù)據(jù)中心備用電源控制系統(tǒng)自動監(jiān)測應(yīng)急母排上負(fù)載率（實(shí)際負(fù)載總運(yùn)行容量與在線機(jī)組總裝機(jī)容量之比）。如圖4-3-5所示，如果退出一臺在線運(yùn)行機(jī)組時應(yīng)急母排的負(fù)載率，小于系統(tǒng)設(shè)置的自動減少在線機(jī)組的負(fù)載率（案例中為60%），且持續(xù)時間超過系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定延時時間，則系統(tǒng)將按自動增減機(jī)組優(yōu)先級，控制一臺在線機(jī)組離線停機(jī)，并繼續(xù)監(jiān)測應(yīng)急母排負(fù)載率，如實(shí)際負(fù)載率上升超過備用系統(tǒng)增加機(jī)組的負(fù)載率（案例中為80%），且持續(xù)時間超過系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定延時時間，則系則按預(yù)先設(shè)定的自動增加機(jī)組優(yōu)先級，啟動一臺冷備用機(jī)組并聯(lián)到應(yīng)急母排運(yùn)行。依次類推，控制系統(tǒng)通過自動監(jiān)測應(yīng)急母排上的負(fù)載率，自動控制機(jī)組的啟動運(yùn)行和離線退出，直到市電恢復(fù)供電備用電源系統(tǒng)退出運(yùn)行為止。

 

六、備用電源系統(tǒng)的定期測試

 

備用電源系統(tǒng)定期測試的必要性。數(shù)據(jù)中心的備用電源長期處于冷備用狀態(tài)，但一旦市電系統(tǒng)失電，它必須在規(guī)定的時間內(nèi)成功啟動帶負(fù)載運(yùn)行，否則失去存在的意義。而這種啟動成功率要求很高的需求，不可能完全依賴于設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性設(shè)計，因?yàn)閭溆脵C(jī)組啟動運(yùn)行的成功，受制于燃油、冷卻、通風(fēng)、排煙等外圍系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，每一個系統(tǒng)的可靠性即使高達(dá)99%，該四大外圍系統(tǒng)的可靠性才只有96%。因此，要保證備用電源系統(tǒng)成功啟動，不僅需要提高系統(tǒng)可靠性設(shè)計，而且需要定期測試系統(tǒng)能否成功啟動，以及時發(fā)現(xiàn)并消除妨礙正常啟動的一切隱患，確保市電停電時備用電源系統(tǒng)能夠名副其實(shí)應(yīng)急啟動帶載運(yùn)行。

 

備用電源系統(tǒng)定期測試的類型。備用電源定期測試分定期帶載測試和定期不帶載測試兩種類型，定期帶載測試，即定期測試備用電源系統(tǒng)能否正常啟動帶負(fù)載運(yùn)行。定期帶載測試的詳細(xì)過程如下，市電帶負(fù)載運(yùn)行過程中，備用系統(tǒng)定期帶載測試時間到時，控制系統(tǒng)自動（供電部門不容許自動控制市電進(jìn)線斷路器時需要手動）斷開市電進(jìn)線主斷路器，啟動備用系統(tǒng)中所有機(jī)組，啟動最快的機(jī)組直接送電到備用母線，其它機(jī)組同步并聯(lián)，當(dāng)備用母線上的并聯(lián)機(jī)組容量達(dá)到系統(tǒng)最小容許在線容量時，備用系統(tǒng)主斷路器合閘，將備用電源送到市電母線，在機(jī)組并聯(lián)上線的過程中，控制系統(tǒng)按負(fù)載優(yōu)先級依次給負(fù)載送電；系統(tǒng)帶負(fù)載測試運(yùn)行一定時間后，控制系統(tǒng)自動或手動退出帶載測試模式，備用系統(tǒng)主斷路器斷開，系統(tǒng)自動或手動合上市電進(jìn)線主斷路器，市電系統(tǒng)恢復(fù)給負(fù)載供電，同時各機(jī)組并聯(lián)斷路器斷開，然后機(jī)組冷卻停機(jī)，恢復(fù)到帶載測試前狀態(tài)。定期不帶載測試，即定期測試備用電源系統(tǒng)能否正常啟動不帶載運(yùn)行。定期不帶載測試的詳細(xì)過程如下，市電帶負(fù)載運(yùn)行過程中，備用系統(tǒng)定期不帶載測試時間到時，控制系統(tǒng)自動或手動啟動系統(tǒng)不帶載測試模式，備用系統(tǒng)中所有機(jī)組啟動，啟動最快的機(jī)組直接送電到備用母線，其它機(jī)組隨后同步并聯(lián)；備用電源系統(tǒng)不帶載測試運(yùn)行一定時間后，控制系統(tǒng)自動或手動退出不帶載測試模式，各機(jī)組并聯(lián)斷路器斷開，然后機(jī)組冷卻停機(jī)，恢復(fù)到測試前狀態(tài)。

 

備用電源系統(tǒng)定期測試周期和測試時間。備用電源系統(tǒng)多長時間作一次帶載或不帶載測試（測試周期），取決于備用系統(tǒng)設(shè)備的質(zhì)量、備用電源的發(fā)電和配電設(shè)計可靠性、備用電源系統(tǒng)及其設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)的頻率和質(zhì)量、市電停電的頻率等因素，需要根據(jù)具體應(yīng)用作相應(yīng)的評估，以保證市電停電時，備用電源能成功啟動給負(fù)載供電。每次不帶載測試的測試時間建議不超過15分鐘，以免明顯降低備用機(jī)組的壽命；每次帶載測試的持續(xù)時間，取決于帶載測試時機(jī)組的負(fù)載率，如果負(fù)載率低于30%，則測試時間建議不宜超過半小時，如果負(fù)載率為50%～70%，只要經(jīng)濟(jì)上容許，測試時間可根據(jù)其測試頻率適當(dāng)增減。

 

七、備用電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控

 

備用電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控需求。與數(shù)據(jù)中心樓宇管理系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)中心的備用電源系統(tǒng)相對很小，而備用系統(tǒng)年開機(jī)運(yùn)行時間一般不超過200小時，配備專門的運(yùn)行人員過于浪費(fèi)，但備用系統(tǒng)由于其獨(dú)特的重要性，系統(tǒng)設(shè)備尤其是其控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)必須在日常監(jiān)控之下，因此，通過數(shù)據(jù)中心的樓宇中央控制室，對備用系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，是解決備用電源系統(tǒng)日常監(jiān)測和控制的最佳途徑。

 

備用電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心樓宇管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控備用電源系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)中心樓宇管理系統(tǒng)與備用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，典型的備用電源SCADA系統(tǒng)如圖4-3-6所示。

 

數(shù)據(jù)中心的樓宇管理系統(tǒng)對備用電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，通常采用總線型、環(huán)形、星形及組合型等物理結(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議通常采用Modbus RTU 485/TCP-IP，因此，數(shù)據(jù)中心的樓宇管理系統(tǒng)，借助總線型等物理結(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)，采用Modbus RTU 485/TCP-IP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通過系統(tǒng)主控制器的Modbus RS485或/TCP-IP端口，可以訪問系統(tǒng)主控制器，從而遠(yuǎn)程監(jiān)測備用電源控制系統(tǒng)狀態(tài)和市電系統(tǒng)的電壓、電流和功率，以及發(fā)電機(jī)組運(yùn)行/備用狀態(tài)及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、機(jī)油壓力及機(jī)組頻率、電壓、輸出功率等實(shí)時運(yùn)行參數(shù)，并查閱機(jī)組歷史運(yùn)行參數(shù)及故障記錄，甚至遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)中各斷路器/ATS的合閘/分閘狀態(tài)及斷路器的跳閘狀態(tài)等。備用電源系統(tǒng)處于非自動工作模式時，運(yùn)行人員可遠(yuǎn)程控制機(jī)組啟動運(yùn)行或停機(jī)備用，且遠(yuǎn)程控制各斷路器/ATS合閘或分閘，改變系統(tǒng)運(yùn)行方式等。此外，數(shù)據(jù)中心的樓宇管理系統(tǒng)，可通過機(jī)組控制器的ModbusRS485或相關(guān)TCP-IP端口，直接訪問備用系統(tǒng)中每一臺發(fā)電機(jī)組，遠(yuǎn)程監(jiān)測各機(jī)組的的運(yùn)行/備用狀態(tài)，以及發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)組的實(shí)時運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)工作在非自動模式時，可遠(yuǎn)程控制機(jī)組的啟動運(yùn)行或停機(jī)備用，并實(shí)現(xiàn)對斷路器和轉(zhuǎn)換開關(guān)測試的控制。

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