唐雪陽(yáng)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：伴隨數(shù)字經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，智算產(chǎn)業(yè)對(duì)電力供應(yīng)的連續(xù)性與可靠性提出了要求。電壓短暫中斷可導(dǎo)致算力中斷、數(shù)據(jù)丟失，造成不可估量的損失。安康智算產(chǎn)業(yè)園作為區(qū)域算力樞紐，基于AM5系列微機(jī)保護(hù)裝置，構(gòu)建了備自投與逐級(jí)投切控制系統(tǒng)，通過(guò)精密設(shè)計(jì)的邏輯閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)了從電源故障發(fā)生到負(fù)載恢復(fù)的全自動(dòng)控制，具備逐級(jí)恢復(fù)加載的特點(diǎn)。同時(shí)，在配電房中不同的應(yīng)用對(duì)象配置不同的保護(hù)裝置，有效保障了智算負(fù)荷的供電連續(xù)性與系統(tǒng)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：微機(jī)保護(hù)；備自投；逐級(jí)投切；供電連續(xù)性

1 概述

安康智算產(chǎn)業(yè)園是2024年陜西省級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目，位于安康高新區(qū)。項(xiàng)目投資概算219668.98萬(wàn)元，總用地面積68482.66㎡，總建筑面積122038.35㎡，計(jì)容建筑面積101600.99㎡。作為陜西省人工智能產(chǎn)業(yè)三大聚集區(qū)之一，安康智算產(chǎn)業(yè)園被列入省工業(yè)和信息化廳2024年至2026年人工智能發(fā)展規(guī)劃，定位為全省智算三大供給側(cè)之一。項(xiàng)目將以智算產(chǎn)業(yè)園建設(shè)為依托，加快推動(dòng)先進(jìn)算力與交通裝備、消費(fèi)電子等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)鏈條深度融合，持續(xù)拓展算力上下游產(chǎn)業(yè)、培育全鏈條產(chǎn)業(yè)生態(tài)，助力全市數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

此次項(xiàng)目為10kV人工智能高密度機(jī)房一期工程，針對(duì)智算負(fù)荷高可靠、高密度的供電需求，構(gòu)建了“兩路市電+兩路柴發(fā)+母聯(lián)互聯(lián)”的單母線(xiàn)分段供電系統(tǒng)。采用兩路獨(dú)立的10kV市電進(jìn)線(xiàn)作為主供電源，兩路柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線(xiàn)作為應(yīng)急后備電源，進(jìn)線(xiàn)之間通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互備，系統(tǒng)按單母線(xiàn)分段方式運(yùn)行，I段、II段母線(xiàn)正常時(shí)分列供電，故障時(shí)通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷供電，確保單段母線(xiàn)檢修或失電時(shí)另一段仍可帶載運(yùn)行。每段母線(xiàn)各帶5臺(tái)10/0.4kV干式變壓器，共計(jì)10臺(tái)變壓器，為0.4kV側(cè)的高密度機(jī)柜、制冷設(shè)備、照明及輔助系統(tǒng)提供分級(jí)配電。

2 供電需求分析

安康智算產(chǎn)業(yè)園需要使用備自投保護(hù)+逐級(jí)投切的原因如下：

（1）算力任務(wù)不能中斷：AI模型訓(xùn)練周期長(zhǎng)，斷電重來(lái)會(huì)導(dǎo)致算力資源浪費(fèi)、時(shí)間成本增加、經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此，需要使用可自動(dòng)投切的備用電源保證供電的連續(xù)性，幫助算力任務(wù)持續(xù)運(yùn)行。

（2）機(jī)柜功率密度高：智算產(chǎn)業(yè)園的機(jī)柜功耗遠(yuǎn)超過(guò)普通的數(shù)據(jù)中心。若電源切換后一次性投入全部負(fù)載，會(huì)導(dǎo)致沖擊電流升高、電壓驟降，引發(fā)二次跳閘，嚴(yán)重時(shí)可能損壞前端設(shè)備。因此，必須按照預(yù)設(shè)順序分批投入負(fù)載，將沖擊電流控制在可接受的范圍內(nèi)，保障供電設(shè)備安全。

（3）業(yè)務(wù)連續(xù)性需求：智算產(chǎn)業(yè)園服務(wù)的客戶(hù)涵蓋人工智能企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、智能制造企業(yè)等，要保證電源切換迅速、負(fù)載投切過(guò)程不沖擊，故使用備自投功能保障電源切換的迅速可靠，同時(shí)逐級(jí)投切功能保障負(fù)載恢復(fù)過(guò)程平穩(wěn)。

（4）柴發(fā)帶載能力：柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)（通常在10-30s），且?guī)лd能力是逐步提升的，無(wú)法瞬間承受滿(mǎn)負(fù)荷沖擊。若柴發(fā)投入后一次性加載所有負(fù)載，會(huì)導(dǎo)致柴發(fā)過(guò)載停機(jī)，加劇供電風(fēng)險(xiǎn)。因此，必須通過(guò)逐級(jí)投切邏輯，根據(jù)柴發(fā)的實(shí)際帶載能力分批次投入負(fù)載，確保柴發(fā)供電的可靠性與穩(wěn)定性。

（5）供電架構(gòu)復(fù)雜：本項(xiàng)目采用“兩路市電進(jìn)線(xiàn)+母聯(lián)+兩路柴發(fā)進(jìn)線(xiàn)”的單母線(xiàn)分段供電架構(gòu)，正常運(yùn)行時(shí)兩段母線(xiàn)分列供電，故障時(shí)需通過(guò)母聯(lián)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷供電，市電恢復(fù)后還需自動(dòng)退回原運(yùn)行方式。這一架構(gòu)衍生出單進(jìn)線(xiàn)失電、雙路進(jìn)線(xiàn)失電、單進(jìn)線(xiàn)恢復(fù)、雙路進(jìn)線(xiàn)恢復(fù)、柴發(fā)協(xié)同等多種工況，且各工況下的開(kāi)關(guān)動(dòng)作順序、延時(shí)設(shè)置、互鎖邏輯均不相同。因此，需要備自投系統(tǒng)具備高度的邏輯處理能力，確保供電系統(tǒng)在全場(chǎng)景下均能可靠、有序運(yùn)行。

3 產(chǎn)品方案

3.1 10kV備自投+逐級(jí)投切方案

本項(xiàng)目備自投裝置采集兩路市電進(jìn)線(xiàn)電壓電流、兩路柴發(fā)進(jìn)線(xiàn)電壓及7處斷路器位置，使用1臺(tái)AM5-B實(shí)現(xiàn)備自投切換功能及2臺(tái)AM5-F實(shí)現(xiàn)逐級(jí)投切功能，具體方案如下：

平時(shí)運(yùn)行時(shí)1Q1、2Q1合閘，1Q7分閘，兩路進(jìn)線(xiàn)分列運(yùn)行，U1=U2=1，1Q1=2Q1=1，1Q7=0。

1）當(dāng)進(jìn)線(xiàn)1失電時(shí)，U1=0，I1=0，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)1Q1，檢測(cè)到1Q1=0，且I母無(wú)壓，由I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)I段負(fù)載，當(dāng)I段負(fù)載跳開(kāi)后（負(fù)載均為分位），由AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上1Q7，檢測(cè)到1Q7=1，且I母有壓，I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上I段負(fù)載。

以下分為兩種情況：

① 進(jìn)線(xiàn)1恢復(fù)供電

檢測(cè)到進(jìn)線(xiàn)1恢復(fù)供電，U1=1，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)1Q7，檢測(cè)到1Q7=0，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上1Q1。

注：此處1Q7跳開(kāi)尚未合1Q1時(shí)，I母無(wú)壓，由I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)I段負(fù)載，待1Q1合上且I母有壓，再由I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上I段負(fù)載。

② 進(jìn)線(xiàn)2失電

檢測(cè)到進(jìn)線(xiàn)2失電，U2=0，I2=0，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)1Q7，檢測(cè)到1Q7=0，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)2Q1，柴發(fā)自行啟動(dòng)，檢測(cè)到U4=1，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上1Q2；檢測(cè)到U5=1，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上2Q2。

注：此處1Q7、2Q1跳開(kāi)尚未合1Q2、2Q2時(shí)，I母、II母無(wú)壓，由I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)I段負(fù)載，待1Q2合上且I母有壓，再由I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上I段負(fù)載；由II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)II段負(fù)載，待2Q2合上且II母有壓，再由II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上II段負(fù)載。

2）當(dāng)進(jìn)線(xiàn)2失電時(shí)，U2=0，I2=0，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)2Q1，檢測(cè)到2Q1=0，由II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)II段負(fù)載，當(dāng)II段負(fù)載跳開(kāi)后（負(fù)載均為分位），由AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上1Q7，檢測(cè)到1Q7=1，II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上II段負(fù)載。

以下分為兩種情況：

① 進(jìn)線(xiàn)2恢復(fù)供電

檢測(cè)到進(jìn)線(xiàn)2恢復(fù)供電，U2=1，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)1Q7，檢測(cè)到1Q7=0，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上2Q1。

注：此處1Q7跳開(kāi)尚未合2Q1時(shí)，II母無(wú)壓，由II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)II段負(fù)載，待2Q1合上且II母有壓，再由II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上II段負(fù)載。

② 進(jìn)線(xiàn)1失電

檢測(cè)到進(jìn)線(xiàn)1失電，U1=0，I1=0，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)1Q7，檢測(cè)到1Q7=0，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)1Q1，柴發(fā)自行啟動(dòng)，檢測(cè)到U4=1，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上1Q2；檢測(cè)到U5=1，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上2Q2。

注：此處1Q7、1Q1跳開(kāi)尚未合1Q2、2Q2時(shí)，I母、II母無(wú)壓，由I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)I段負(fù)載，待1Q2合上且I母有壓，再由I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上I段負(fù)載；由II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)II段負(fù)載，待2Q2合上且II母有壓，再由II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上II段負(fù)載。

3）當(dāng)進(jìn)線(xiàn)1和進(jìn)線(xiàn)2同時(shí)失電時(shí)，檢測(cè)到U1=U2=0，I1=I2=0，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)1Q1、2Q1，柴發(fā)自行啟動(dòng)，檢測(cè)到U4=1，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上1Q2；檢測(cè)到U5=1，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上2Q2。

注：此處1Q1、2Q1跳開(kāi)尚未合1Q2、2Q2時(shí)，I母、II母無(wú)壓，由I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)I段負(fù)載，待1Q2合上且I母有壓，再由I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上I段負(fù)載；由II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)II段負(fù)載，待2Q2合上且II母有壓，再由II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上II段負(fù)載。

以上均失電后，進(jìn)線(xiàn)來(lái)電后分為以下情況：

① 進(jìn)線(xiàn)1來(lái)電，進(jìn)線(xiàn)2不來(lái)電

檢測(cè)到U1=1，U2=0，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)1Q2，2Q2，檢測(cè)到1Q2=2Q2=0，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上1Q1，檢測(cè)到1Q1=1，且II段負(fù)載為分（此時(shí)由于進(jìn)線(xiàn)1來(lái)電，柴發(fā)停機(jī)，II段母線(xiàn)無(wú)壓，負(fù)載已由逐級(jí)投切跳開(kāi)），AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上1Q7，檢測(cè)到1Q7=1，II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上II段負(fù)載。

注：此處進(jìn)線(xiàn)1來(lái)電，柴發(fā)停機(jī)，尚未合1Q1時(shí)，I母無(wú)壓，由I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)I段負(fù)載，待1Q1合上且I母有壓，再由I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上I段負(fù)載，和AM5-B合母聯(lián)不分先后。

② 進(jìn)線(xiàn)2來(lái)電，進(jìn)線(xiàn)1不來(lái)電

檢測(cè)到U1=0，U2=1，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)1Q2，2Q2，檢測(cè)到1Q2=2Q2=0，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上2Q1，檢測(cè)到2Q1=1，且I段負(fù)載為分（此時(shí)由于進(jìn)線(xiàn)1來(lái)電，柴發(fā)停機(jī)，I段母線(xiàn)無(wú)壓，負(fù)載已由逐級(jí)投切跳開(kāi)），AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上1Q7，檢測(cè)到1Q7=1，I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上I段負(fù)載。1S

注：此處進(jìn)線(xiàn)2來(lái)電，柴發(fā)停機(jī)，尚未合2Q1時(shí)，II母無(wú)壓，由II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)II段負(fù)載，待2Q1合上且II母有壓，再由II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上II段負(fù)載，和AM5-B合母聯(lián)不分先后。

③ 進(jìn)線(xiàn)1和進(jìn)線(xiàn)2同時(shí)來(lái)電

檢測(cè)到U1=1，U2=1，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)1Q2，2Q2，檢測(cè)到1Q2=2Q2=0，AM5-B經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）合上1Q1，2Q1。

注：此處進(jìn)線(xiàn)1、進(jìn)線(xiàn)2來(lái)電，柴發(fā)停機(jī)，尚未合1Q1、2Q1時(shí)，I母、II母無(wú)壓，由I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)I段負(fù)載，待1Q1合上且I母有壓，再由I段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上I段負(fù)載；由II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）跳開(kāi)II段負(fù)載，待2Q1合上且II母有壓，再由II段AM5-F經(jīng)延時(shí)（延時(shí)可設(shè)）逐級(jí)合上II段負(fù)載。

3.2 10kV各回路保護(hù)配置方案

本期項(xiàng)目10kV回路使用AM5SE系列及AM5系列微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的保護(hù)。下圖為部分上圖方案：

3.3 0.4kV低壓備自投方案

項(xiàng)目0.4kV低壓側(cè)配置AM5-DB低壓備自投裝置，實(shí)現(xiàn)母聯(lián)備自投功能，方案如下：

（1）正常運(yùn)行時(shí)，母聯(lián)斷路器處于分閘狀態(tài)，兩路進(jìn)線(xiàn)斷路器處于合閘狀態(tài)，系統(tǒng)分列運(yùn)行。

（2）當(dāng)任意一段母線(xiàn)失電時(shí)，備自投裝置檢測(cè)到該段母線(xiàn)無(wú)壓、進(jìn)線(xiàn)無(wú)流，自動(dòng)跳開(kāi)對(duì)應(yīng)進(jìn)線(xiàn)斷路器，合上母聯(lián)斷路器，由另一路進(jìn)線(xiàn)帶兩段母線(xiàn)運(yùn)行。

（3）當(dāng)失電進(jìn)線(xiàn)恢復(fù)供電后，備自投裝置自動(dòng)跳開(kāi)母聯(lián)斷路器，合上原進(jìn)線(xiàn)斷路器，系統(tǒng)恢復(fù)至兩路進(jìn)線(xiàn)分列運(yùn)行狀態(tài)。

項(xiàng)目整體配置的微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置主要功能如下：

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

本項(xiàng)目微機(jī)保護(hù)就地分散安裝在各個(gè)開(kāi)關(guān)柜上，現(xiàn)場(chǎng)安裝如下圖所示，該項(xiàng)目所需保護(hù)功能已驗(yàn)證完畢，目前正常運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

安康智算產(chǎn)業(yè)園作為區(qū)域算力樞紐，其供電系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性直接關(guān)系到算力任務(wù)的連續(xù)運(yùn)行與數(shù)據(jù)安全。本文從項(xiàng)目實(shí)際需求出發(fā)，分析了智算負(fù)荷對(duì)供電連續(xù)性的要求，系統(tǒng)闡述了備自投與逐級(jí)投切技術(shù)在安康智算產(chǎn)業(yè)園應(yīng)用的必要性?；贏M5系列微機(jī)保護(hù)裝置構(gòu)建的備自投與逐級(jí)投切控制系統(tǒng)，能夠有效應(yīng)對(duì)高密度機(jī)柜沖擊電流、柴發(fā)帶載能力弱、供電架構(gòu)復(fù)雜等多重技術(shù)挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)從電源故障到負(fù)載恢復(fù)的全自動(dòng)、逐級(jí)、小沖擊控制。同時(shí)，針對(duì)不同應(yīng)用對(duì)象配置相應(yīng)的保護(hù)裝置，整體方案為智算產(chǎn)業(yè)園的高可靠供電保障提供了切實(shí)可行的技術(shù)解決方案。