浅谈大型数据中心电气系统快速调试技术

浅谈大型数据中心电气系统快速调试技术

李洋 1赵婷婷 1陆浩 1满征一 1董玉坤 1

中建一局集团安装工程有限公司

随着5G、物联网、人工智能等计算机科学技术演进与迭代，数据处理的需求量呈现高速增长的态势，全球数据量剧增，由此催生的新兴技术对数据中心的需求量也将进一步扩大，全球数据中心产业市场需求随之拉升。大型数据中心安装完成后系统调试严重影响着数据中心的进度，电气系统快速调试技术起着至关重要的作用。

1、柴发机组调试技术

大型数据中心包含大量重要用电设备，一旦停电则需要立即应急发电来保证设备正常运行。对应急发电系统安装、调试进行了简要的介绍，结合工程实际对柴油发电机组调试技术重点进行了阐述。

1. 1. 1. 备用电源系统调试

项目设备主要包含4组应急出线中压柜、14组机组进线中压柜、14台接地电阻箱、14组柴油发电机、1台发电机控制柜等。系统结构为由14组发电机可并列提供10.5kV的电压，送至市电段柴发进线柜对负载进行供电。

（1）柴油发电机组调试步骤

1）调试原则：

设备试运转先单台设备运行合格后再进行联动试运行。

设备试运行应遵守“先无负荷、后带负荷”、“先手动、后自动”、“先点动、后连续”、“上道不正常、下道不试车”原则；先空载，后负荷；先单机，后联动。单机试运转合格后，方能进行联动试车。

2）手动启动（不带载）：

按动控制器面板上任意键激活控制器显示屏，按下“MANUAL”按钮，进入手动模式，在十秒钟内按下“START”按钮，起动机组。

通过按动控制器显示屏↑↓下部按钮翻看机组运行情况。发现有不正常现象，如异常噪音、震动、油、水、泄漏，应立即停机。

待机组频率和电压稳定在额定值后，测量显示值。

3）手动停机（不带载）：

让机组在空载状态下继续运行一段时间（通常为3分钟）后再停机，以保证引擎匀衡冷却。

按动控制器面板上“STOP”按钮，发电机组停机。

4）自动启动（不带载）：

按动控制器显示屏“AUTO”按钮，控制器面板上(AUTO)绿色指示灯亮表示机组处于自动设置状态。

机组设置在自动起动时应将机组断路器开关放在断开位置，以保证机组单机运转，不送电。

机组接受到两路市电同时停电信号后，14台机组自动起动。

5）自动停机（不带载）：

当任意一路市电恢复10min后，高压PLC控制系统向柴发应急出线柜控制器发出分闸指令，控制器收到指令后2路柴发应急进线断路器同步分闸。但高压PLC控制系统会持续给出10min柴发启机信号，在10min内柴发持续工作，电源送至并机室应急出线柜。10min后柴发启机信号解除，柴发并机控制柜检测向柴发并机控制室内对应高压柜发出分闸指令，断路器完成分闸。柴发逐步减机至最少在线台数7台（数量可调），柴发怠速工作不停机。最终柴发的停机工作需要由运维手动确认后所有柴发才会冷却停机。

1. 1. 2. 柴发系统带载测试

测试内容包括：

（1）柴发启动时间及可靠性测试

（2）瞬态性能测试（从0%突增加到50%负载测试、从50%负突加到100%、从100%负载突减至0%。时间15min）

（3）从0%突加到50%负载时的电压突降和频率突降测试，从50%突加到75%再到100%负载时的电压突降和频率突降测试

（4）稳态100%负载运行，电压和频率波动范围测试（4h）

（5）柴发带容性负载测试（1h）

（6）110%负载下运行能力测试（1h）

记录各种工况下柴发电压、频率、转速、冷却液温度等数据。

1. 2. 高低压配电逻辑控制调试

为保证数据中心可靠运行，每栋数据中心单个供电系统选用两路市电源互为备份，并且在机房设有专用柴油发电机系统作为备用电源系统，两路市电电源间、市电电源和柴油发电机间通过高压控制逻辑进行切换，为数据中心内UPS电源、机房空调、照明等设备供电确保末端供电的高可靠性。

1. 1. 1. 市电电源和备用电源切换控制依据

进线有压判据：当三相线电压均大于额定值的60%时，判定为进线有压。

进线无压判据：当三相线电压均小于额定值的25%时，判别为进线失压。为了避免进线失压功能误判，增加了无流闭锁、保护启动闭锁。

1. 1. 2. 备自投调试前准备工作

（1）五台断路器综保用网线连至交换机。敷设完成测试时可从母联综保上在线监测看1#市电进线和2#市电进线的开关状态是否正确，调试GOOSE信号矩阵正确且通讯正常。

（2）开关柜已完成综保参数整定和电气联锁测试，且处于正确的初始位置。

（3）无压无流信号检查，当测试仪器给出有压、无压信号时，继保在线监测信号正常。

（4）切换过程中控制设备、信号设备或被控设备发生故障无法正确动作时，综保会发出报警信息，此时需要运维接入排除故障手动操作。

1. 1. 3. 母联备自投自复

（1）母联备自投

1）当监测到1#市电进线有压且合位，2#市电进线有压且合位，母联工作位且分位，1#柴发分位，2#柴发分位时，经过15s延时，且备自投转换开关投入，母联备自投准备就绪；

2）当监测到1#市电失压，延时4S后分1#市电开关。监测到1#市电开关分位后，延时1.5s合母联开关。（2#市电进线失压时逻辑相同）

3）延时2.5s后母联备自投失败警示灯不亮说明母联备自投成功。如果警示灯亮说明母联备自投失败，此时需要运维介入手动处理。

（2）母联备自复

1）当监测到1#市电进线有压且合位，2#市电进线无压且分位，母联开关工作位合位，1#柴发分位，2#柴发分位时，或2#市电进线有压且合位，1#市电进线无压且分位，母联开关工作位合位，1#柴发分位，2#柴发分位时，经过15s延时，且备自复转换开关投入，母联备自复准备就绪；

2）当监测到1#市电有压，延时180s后分母联开关。监测到母联开关分位后，延时1.5s合1#市电开关。（2#市电进线有压时逻辑相同）

3）延时2.5s后母联备自复失败警示灯不亮说明母联备自复成功。如果警示灯亮说明母联备自复失败，此时需要运维介入手动处理。

1. 1. 4. 柴发备自投自复

（1）柴发备自投

1）当监测到1#市电进线有压且合位，或2#市电进线有压且合位，同时1#柴发进线无压，2#柴发进线无压时，经过15s延时，且发电机允许自启动连接片投入，无柴油发电机启机信号时，启动发电机准备就绪；

2）当监测到1#市电失压且2#市电失压延时4s，同时分1#市电开关，2#市电开关和母联开关。监测1#市电开关分位且2#市电开关分位且母联开关分位时，延时2s发柴油发电机启机信号。

3）柴油发电机逐台启动并机完成后，应急电源出线合闸将电送至市电段的柴发进线柜。为了躲过顺序加载合闸脉冲时间，从中压柜发柴油发电机启机信号到电送至市电段的柴发进线的时间间隔需要≥30s。

4）当监测到1#市电失压且分位，2#市电失压且分位，本段柴发进线有压且分位，母联开关分位，柴发备自投转换开关投入时，延时2s合1#柴发开关和2#柴发开关。

5）延时1s后柴发备自投失败警示灯不亮说明柴发备自投成功。如果警示灯亮说明柴发备自投失败，此时需要运维介入手动处理。

（2）柴发备自复

1）当监测到1#柴发进线有压且合位，2#柴发进线有压且合位，1#市电开关分位，2#市电开关分位，经过15s延时，且柴发备自复转换开关投入，柴发备自复准备就绪。

2）当监测到1#市电有压或2#市电有压时，经过600s延时，分1#柴发进线和2#柴发进线。

3）延时1.5s，如此时为1#市电有电2#市电无电，则合1#市电开关和母联；如此时为2#市电有电1#市电无电，则合2#市电开关和母联；如此时为1#市电有电2#市电有电，则合1#市电开关和2#市电开关，母联不动作为分位。

4）延时1s后柴发备自复失败警示灯不亮说明柴发备自复成功。如果警示灯亮说明柴发备自复失败，此时需要运维介入手动处理。

5）当监测到1#市电有压且合位或2#市电有压且合位时，经过600s延时柴油发电机启机信号失去，柴油发电机停机。

1. 1. 5. 馈线顺序加载功能

1）当监测本段市电分位且本段柴发分位且母联分位时，或监测本段市电分位且本段柴发分位且对侧市电分位且对侧柴发分位且母联合位时，经过1s延时，由本段的柴发进线柜给出线柜发本段母线失压信号；

2）当监测母线失压信号且出线柜合位时，联跳出线柜；

3）当监测本段市电有压合位，或本段柴发有压合位，或对侧市电有压合位母联合位时，由本段的柴发进线柜给出线柜发一个25s的母线有压脉冲信号；

4）当监测母线有压脉冲信号且顺序加载转换开关投入且出线柜分位时，出线柜顺序加载合闸，步距为5s。

1. 1. 6. 闭锁要求

同组两路市电进线开关柜、两路发电机进线开关柜以及母联开关柜的断路器之间设电气连锁：只有两只市电开关及母联开关均断开时，才能闭合发电机进线开关；反之，只有两只发电机进线开关均断开时，才能闭合市电进线开关和母线开关；两只市电进线开关和母联开关间设置电气连锁，三只开关同一时间最多只能有两只开关闭合。