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)電機組燃油價格相對很高，且燃油產生的化學能轉換成電能的效率不到35%，因而備用發(fā)電成本遠遠高于市電，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，導致備用電源系統(tǒng)先天性不足，一方面，備用系統(tǒng)運行中一旦出現(xiàn)一定數(shù)量的機組故障，系統(tǒng)頻率將過度下降，如果不做相應的系統(tǒng)監(jiān)控設計，則一定延時后必將低頻停機，導致備用電源系統(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)的裝機容量有一定冗余要求，因此如果不考慮負載率一律投運所有備用機組，則勢必導致備用電源系統(tǒng)經常性輕載運行，從而進一步提高備用發(fā)電成本，而負載率長時間低于30%運行將大大加速備用發(fā)電機組老化。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、機組控制器、斷路器輔助開關、控制電纜等硬件以及相關監(jiān)控軟件等組成，圖4-3-1所示，對配電系統(tǒng)中市電、發(fā)電機組、并聯(lián)斷路器、應急母排、系統(tǒng)主斷路器乃至饋線開關柜等設備進行監(jiān)測和控制，以確保整個備用電源系統(tǒng)正常運行。備用電源控制系統(tǒng)，不僅應當具有市電系統(tǒng)常規(guī)的監(jiān)控功能，而且必須具有自動加減載、自動增減機組等獨特監(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、機組中性點接地監(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、機組控制器等實現(xiàn)。

 

備用電源系統(tǒng)需要測量應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，一次電流應當可高達25000A。

 

市電進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)，則只需測量市電進線端電壓即可；如果容許備用電源與市電進行不斷電切換甚至長時間并聯(lián)，則需要測量市電進線的電流，以便進行負載的有效管理，防止功率反送干擾市電系統(tǒng)運行。

 

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，通過對應急母排、市電進線端電壓、電流的測量而間接實現(xiàn)。

 

2、斷路器的監(jiān)控

 

堅持根據(jù)數(shù)據(jù)中心的實際需要，備用電源控制系統(tǒng)通過輸出常開或常閉接點信號，借助斷路器的合閘、分閘控制回路，實現(xiàn)對并聯(lián)斷路器、備用系統(tǒng)主斷路器、市電進線斷路器和饋線斷路器進行合閘、分閘操作。與此同時，控制系統(tǒng)通過監(jiān)測斷路器控制開關的位置，確定其控制模式（“遠程”或“就地”），通過監(jiān)測抽出式斷路器行程輔助開關，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，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，并進行相關的后續(xù)處理。

 

斷路器合閘失敗：備用電源控制系統(tǒng)向斷路器發(fā)出合閘指令時，監(jiān)測斷路器輔助開關的狀態(tài)，如果在預先設定的時間內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�。簜溆每刂葡到y(tǒng)向斷路器發(fā)出分閘指令時，監(jiān)測斷路器輔助開關的狀態(tài)，如果在預設時間內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。

 

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

 

3、應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)運行時，需要備用電源控制系統(tǒng)控制應急母排與市電同步。同步開始時，系統(tǒng)主控制器控制并聯(lián)備用機組以市電為基準，調節(jié)轉速和輸出電壓并同時監(jiān)測同步效果，當備用電源與市電滿足同步條件時，主控制器控制市電進線主斷路器合閘。

 

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組調速調壓的同步功能，而且需要有應急母排與市電的同期檢查功能，其次，需要調試人員根據(jù)數(shù)據(jù)中心對電能質量的暫態(tài)要求、備用機組的調速調壓能力及市電的電能質量等，設定最合適的電壓、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組同時啟動，最先滿足供電條件的機組其并聯(lián)斷路器直接合閘，將電能送到應急母排，并同時屏蔽其它機組直接合閘，其它機組同步并聯(lián)到應急母排。所有機組并聯(lián)成功后，系統(tǒng)控制負載自動加載，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)運行功率管理模式，需要根據(jù)市電并聯(lián)運行要求、備用系統(tǒng)的裝機容量及負載需求特點等，選擇應急母排或市電進線作為有功功率(kW)、無功功率（kVAR或功率因數(shù)）的監(jiān)測點，以有效控制備用電源與市電并聯(lián)運行。

 

5、中性點接地控制

 

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

 

6、手動控制

 

當系統(tǒng)主控制器故障不能正常自動控制時，控制系統(tǒng)容許運行人員手動控制每臺備用機組的啟動和停機，手動控制各斷路器的合、分閘。當控制系統(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)電機組，但備用機組并聯(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)，應當接收并記錄備用電源系統(tǒng)發(fā)電機組、斷路器等設備的故障信息，以備系統(tǒng)及設備的故障處理和維護保養(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)主控制器負責。電源切換監(jiān)控，如圖4-3-2所示，至少需要監(jiān)測市電進線端和應急母排電壓，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

 

有效的電源切換控制，需要準確檢測電源電壓，更需要合理的電源切換監(jiān)控基準，這些基準包括電源電壓的動作和恢復值及其相關延時時間，其中，判斷市電失電的電壓動作值和市電恢復正常的電壓恢復值，應根據(jù)數(shù)據(jù)中心市電的電能質量確定，確定機組能正常帶載的機組最小正常輸出電壓和頻率，應根據(jù)機組的輸出性能確定（一般定為機組額定參數(shù)的90%），市電失電時備用機組啟動延時TDES，應確保有效規(guī)避市電的正常波動，市電向備用電源切換的延時TDNE，應根據(jù)備用機組啟動帶載穩(wěn)定性能確定，機組停機前冷卻延時TDEC，應根據(jù)機組負載率、機組性能及機房設計等確定，備用電源向市電切換的延時TDEN，應根據(jù)機組最小容許運行時間和市電恢復后所需要的穩(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

 

市電帶負載正常運行時，控制系統(tǒng)連續(xù)檢測市電電壓，當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)控制所有備用機組啟動，當機組輸出達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)中心負載由備用電源供電�？刂葡到y(tǒng)繼續(xù)監(jiān)測市電進線電壓，當市電恢復且電壓達到電壓恢復值并持續(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（非感性負載切換），或延時TDPT控制市電進線斷路器合閘（感性負載切換），負載由市電供電，TDEC延時過后控制系統(tǒng)斷開機組啟動信號，備用機組冷卻停機；如果采用不斷電切換，控制系統(tǒng)控制應急母排與市電同步，滿足同步條件時控制市電主斷路器合閘，并控制機組負載平穩(wěn)轉移到市電，然后控制主斷路器分閘，TDEC延時后斷開機組啟動信號，備用機組冷卻停機。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)，負載繼續(xù)由備用電源系統(tǒng)供電，直至操作員復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，負載重新接回到市電側，無論市電是否帶電，直到操作人員完成相關處理后復位故障。

 

“斷路器位置觸點出錯”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)同時收到市電進線主斷路器（或備用主斷路器）“斷路器位置觸點出錯”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)電源切換進程，將負載切換到另一電源。

 

“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)當發(fā)出報警，并控制主斷路器分閘，從而斷開應急母排，退出所有備用機組。

 

四、備用電源系統(tǒng)的自動加減負載

 

數(shù)據(jù)中心的備用電源是一個裝機容量有限的交流電源，負載重要程度的區(qū)別和裝機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，從而實現(xiàn)先后給負載送電。負載的加載優(yōu)先級即加載次序，主要取決于負載的重要程度，負載越重要加載越優(yōu)先，電源切換時停電時間就越短。

 

（1）備用電源系統(tǒng)負載加載優(yōu)先級的確定

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

 

（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載運行，第一級負載加載前應急母排上應當具有的最小在線機組容量。如果母排上的機組在線容量小于該最小容量，則系統(tǒng)將因啟動容量不夠導致第一級負載啟動失敗，或雖然第一級負載能夠成功啟動，但系統(tǒng)也會因啟動容量不夠（即使有新的機組隨負載的加載依次上線并入），導致第二級或后續(xù)負載啟動失敗。

 

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載容量、負載加載次序以及單臺機組容量等因素。負載加載次序影響最大的因素是，最大電動機負載的加載次序，以及啟動電動機負載前按負載重要程度必須優(yōu)先送電的在線負載總容量等。系統(tǒng)最小加載在線容量的確定，直接影響電動機等負載能否啟動成功。

 

（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容量時，如果市電失電，控制系統(tǒng)同時啟動所有備用機組，并監(jiān)測其輸出電壓和頻率，當某機組的輸出電壓和頻率最先達到額定值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?shù)诙�臺機組同步并上母排后，系統(tǒng)控制第二級負載送電，依次類推，當所有機組都并上應急母排時，系統(tǒng)按優(yōu)先級依次延時控制剩余饋線送電，直到所有負載啟動運行。

 

備用電源系統(tǒng)最小在線容量大于單機容量時，如果市電失電，則控制系統(tǒng)同時啟動備用系統(tǒng)中所有備用機組，當某機組的輸出電壓和頻率最先達到額定值90%時，系統(tǒng)控制其并聯(lián)斷路器直接合閘，并將其它機組給應急母排送電的方式由直接合閘改為同步并聯(lián)；當應急母排在線機組容量達到最小在線容量時，一方面未上線機組在各自機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)檢測應急母排在線機組數(shù)量，每上一臺機組則增加一級負載送電，直到最后一臺機組并上應急母排；當所有機組都上線運行時，控制系統(tǒng)按負載優(yōu)先級別，依次延時控制相應饋線斷路器合閘給剩余負載送電。

 

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)所有機組并聯(lián)啟動所有負載運行一段時間（穩(wěn)定延時）后，控制系統(tǒng)開始檢測應急母排上負載總容量和系統(tǒng)頻率，當負載總容量持續(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)一段時間低于負載容許頻率下限時，系統(tǒng)控制器將根據(jù)負載的減載優(yōu)先級，控制相應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)定恢復到正常范圍。負載的減載優(yōu)先級即減載次序，取決于負載的不重要程度，負載越不重要，其在自動減載的過程中停電的時間點就越靠前，停電的時間就越長。

 

（1）備用電源系統(tǒng)負載減載優(yōu)先級的確定

負載的減載優(yōu)先級別，與負載自動加載優(yōu)先級剛好相反，也就是說，一般情況下，自動加載隊列中越靠前的負載，其在自動減載隊列中越靠后，因此自動減載優(yōu)先級應當與自動加載優(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載，此類負載卸載級別為零，在備用電源與市電的切換過程及備用電源的運行過程中，控制系統(tǒng)不會控制其相應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載。可見，卸載級別為零的負載，是備用系統(tǒng)啟動運行時加載最小在線容量的主要決定因素，同理，卸載級別為零的負載，也是備用電源系統(tǒng)自動增減在線運行機組時，決定最小在線運行機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)投入運行后，系統(tǒng)主控制器連續(xù)檢測系統(tǒng)的總負載需求容量，并與系統(tǒng)的在線機組容量比較。當系統(tǒng)總負載需求容量大于應急母排上在線機組容量時，應急母排出現(xiàn)過載因而備用電源系統(tǒng)頻率下降。雖然，負載的任何瞬時波動都會造成備用系統(tǒng)頻率的瞬時波動，但當系統(tǒng)總負載需求容量大于應急母排上在線機組容量的持續(xù)時間，超過正常波動時間時，應急母排出現(xiàn)非波動性過載，從而導致備用電源系統(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）的負載卸載；控制系統(tǒng)繼續(xù)檢測應急母排上總負載狀況，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)定在用戶負載可接受的范圍之內。

 

五、備用電源系統(tǒng)的自動增減機組

 

1、備用電源系統(tǒng)自動增減機組需求

 

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

 

備用電源系統(tǒng)容許長時間運行的負載率為30%～70%，長期輕載運行不僅加速發(fā)動機老化，而且進一步提高發(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)負載自動增減機組的功能，即根據(jù)應急母排上在線機組容量與實際負載容量的偏差，自動退出在線運行機組或自動啟動冷備用機組上線運行。

 

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

 

2、備用電源系統(tǒng)自動增減機組優(yōu)先級

 

數(shù)據(jù)中心備用電源控制系統(tǒng)，根據(jù)應急母排負載實際容量自動增減在線運行機組時，需要先確定自動增減機組的優(yōu)先級。自動增減機組的優(yōu)先級，可根據(jù)數(shù)據(jù)中心的具體情況，按機組運行時間自動確定，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組。如圖4-3-5所示，按固定優(yōu)先級方式自動增減機組時，運行人員需根據(jù)備用電源系統(tǒng)所有機組的現(xiàn)有狀況，指定自動增加和自動退出機組的次序，自動增加機組的次序與自動退出機組的次序相反，圖4-3-5示例中，1#機組始終在線運行，自動增加機組的優(yōu)先次序是2#、3#、4#機組，自動退出機組的次序是4#、3#、2#機組。

 

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

 

3、備用電源系統(tǒng)自動增減機組

 

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

 

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

 

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)定的時間內成功啟動帶負載運行，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備和系統(tǒng)的可靠性設計，因為備用機組啟動運行的成功，受制于燃油、冷卻、通風、排煙等外圍系統(tǒng)能否正常運行，每一個系統(tǒng)的可靠性即使高達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)能夠名副其實應急啟動帶載運行。

 

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)能否正常啟動帶負載運行。定期帶載測試的詳細過程如下，市電帶負載運行過程中，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線斷路器時需要手動）斷開市電進線主斷路器，啟動備用系統(tǒng)中所有機組，啟動最快的機組直接送電到備用母線，其它機組同步并聯(lián)，當備用母線上的并聯(lián)機組容量達到系統(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，在機組并聯(lián)上線的過程中，控制系統(tǒng)按負載優(yōu)先級依次給負載送電；系統(tǒng)帶負載測試運行一定時間后，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線主斷路器，市電系統(tǒng)恢復給負載供電，同時各機組并聯(lián)斷路器斷開，然后機組冷卻停機，恢復到帶載測試前狀態(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行。定期不帶載測試的詳細過程如下，市電帶負載運行過程中，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)中所有機組啟動，啟動最快的機組直接送電到備用母線，其它機組隨后同步并聯(lián)；備用電源系統(tǒng)不帶載測試運行一定時間后，控制系統(tǒng)自動或手動退出不帶載測試模式，各機組并聯(lián)斷路器斷開，然后機組冷卻停機，恢復到測試前狀態(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)設備的質量、備用電源的發(fā)電和配電設計可靠性、備用電源系統(tǒng)及其設備的日常維護保養(yǎng)的頻率和質量、市電停電的頻率等因素，需要根據(jù)具體應用作相應的評估，以保證市電停電時，備用電源能成功啟動給負載供電。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組的負載率，如果負載率低于30%，則測試時間建議不宜超過半小時，如果負載率為50%～70%，只要經濟上容許，測試時間可根據(jù)其測試頻率適當增減。

 

七、備用電源系統(tǒng)的遠程監(jiān)控

 

備用電源系統(tǒng)的遠程監(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)年開機運行時間一般不超過200小時，配備專門的運行人員過于浪費，但備用系統(tǒng)由于其獨特的重要性，系統(tǒng)設備尤其是其控制系統(tǒng)的運行狀態(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)進行實時監(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)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心樓宇管理系統(tǒng)遠程監(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構的通訊網絡，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構的通訊網絡，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)電機組運行/備用狀態(tài)及發(fā)動機轉速、冷卻液溫度、機油壓力及機組頻率、電壓、輸出功率等實時運行參數(shù)，并查閱機組歷史運行參數(shù)及故障記錄，甚至遠程監(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，運行人員可遠程控制機組啟動運行或停機備用，且遠程控制各斷路器/ATS合閘或分閘，改變系統(tǒng)運行方式等。此外，數(shù)據(jù)中心的樓宇管理系統(tǒng)，可通過機組控制器的ModbusRS485或相關TCP-IP端口，直接訪問備用系統(tǒng)中每一臺發(fā)電機組，遠程監(jiān)測各機組的的運行/備用狀態(tài)，以及發(fā)動機和發(fā)電機組的實時運行參數(shù)，當系統(tǒng)工作在非自動模式時，可遠程控制機組的啟動運行或停機備用，并實現(xiàn)對斷路器和轉換開關測試的控制。

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