安科瑞 劉邁

摘 要：伴隨數(shù)字經(jīng)濟高速發(fā)展，智算產(chǎn)業(yè)對電力供應(yīng)的連續(xù)性與可靠性提出了高要求。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系列微機保護裝置，構(gòu)建了備自投與逐級投切控制系統(tǒng)，通過設(shè)計的邏輯閉環(huán)，實現(xiàn)了從電源故障發(fā)生到負載恢復(fù)的全自動控制，具備逐級恢復(fù)加載的特點。同時，在配電房中不同的應(yīng)用對象配置不同的保護裝置，有效保障了智算負荷的供電連續(xù)性與系統(tǒng)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：微機保護；備自投；逐級投切；供電連續(xù)性

1 概述

安康智算產(chǎn)業(yè)園位于安康高新區(qū)。項目投資概算219668.98萬元，總用地面積68482.66㎡，總建筑面積122038.35㎡，計容建筑面積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。項目將以智算產(chǎn)業(yè)園建設(shè)為依托，加快推動算力與交通裝備、消費電子等產(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)濟高質(zhì)量發(fā)展。

此次項目為10kV人工智能高密度機房一期工程，針對智算負荷高可靠、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)"的單母線分段供電系統(tǒng)。采用兩路獨立的10kV市電進線作為主供電源，兩路柴油發(fā)電機進線作為應(yīng)急后備電源，進線之間通過母聯(lián)開關(guān)實現(xiàn)互聯(lián)互備，系統(tǒng)按單母線分段方式運行，I段、II段母線正常時分列供電，故障時通過母聯(lián)開關(guān)實現(xiàn)負荷供電，確保單段母線檢修或失電時另一段仍可帶載運行。每段母線各帶5臺10/0.4kV干式變壓器，共計10臺變壓器，為0.4kV側(cè)的高密度機柜、制冷設(shè)備、照明及輔助系統(tǒng)提供分級配電。

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+逐級投切的原因如下：

（1）       算力任務(wù)不能中斷：AI模型訓(xùn)練周期長，斷電重來會導(dǎo)致算力資源浪費、時間成本增加、經(jīng)濟損失巨大。因此，需要使用可自動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)運行。

（2）       機柜功率密度高：智算產(chǎn)業(yè)園的機柜功耗遠超過普通的數(shù)據(jù)中心。若電源切換后一次性投入全部負載，會導(dǎo)致沖擊電流升高、電壓驟降，引發(fā)二次跳閘，嚴(yán)重時可能損壞前端設(shè)備。因此，須按照預(yù)設(shè)順序分批投入負載，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)的客戶涵蓋人工智能企業(yè)、科研機構(gòu)、智能制造企業(yè)等，要保證電源切換迅速、負載投切過程不沖擊，故使用備自投功能保障電源切換的迅速可靠，同時逐級投切功能保障負載恢復(fù)過程平穩(wěn)。

（4）       柴發(fā)帶載能力：柴油發(fā)電機啟動時間長（通常在10-30s），且?guī)лd能力是逐步提升的，無法瞬間承受滿負荷沖擊。若柴發(fā)投入后一次性加載所有負載，會導(dǎo)致柴發(fā)過載停機，加劇供電風(fēng)險。因此，須通過逐級投切邏輯，根據(jù)柴發(fā)的實際帶載能力分批次投入負載，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：本項目采用“兩路市電進線+母聯(lián)+兩路柴發(fā)進線"的單母線分段供電架構(gòu)，正常運行時兩段母線分列供電，故障時需通過母聯(lián)實現(xiàn)負荷供電，市電恢復(fù)后還需自動退回原運行方式。這一架構(gòu)衍生出單進線失電、雙路進線失電、單進線恢復(fù)、雙路進線恢復(fù)、柴發(fā)協(xié)同等多種工況，且各工況下的開關(guān)動作順序、延時設(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)在全場景下均能可靠、有序運行。

3產(chǎn)品方案

3.1 10kV備自投+逐級投切方案

圖1 備自投一次圖

本項目備自投裝置采集兩路市電進線電壓電流、兩路柴發(fā)進線電壓及7處斷路器位置，使用1臺AM5-B實現(xiàn)備自投切換功能及2臺AM5-F實現(xiàn)逐級投切功能，具體方案如下：

平時運行時1Q1、2Q1合閘，1Q7分閘，兩路進線分列運行，U1=U2=1，1Q1=2Q1=1，1Q7=0。

1）當(dāng)進線1失電時，U1=0，I1=0，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開1Q1，檢測到1Q1=0，且I母無壓，由I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開I段負載，當(dāng)I段負載跳開后（負載均為分位），由AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上1Q7，檢測到1Q7=1，且I母有壓，I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上I段負載。

以下分為兩種情況：

① 進線1恢復(fù)供電

檢測到進線1恢復(fù)供電，U1=1，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開1Q7，檢測到1Q7=0，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上1Q1。

注：此處1Q7跳開尚未合1Q1時，I母無壓，由I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開I段負載，待1Q1合上且I母有壓，再由I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上I段負載。

② 進線2失電

檢測到進線2失電，U2=0，I2=0，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開1Q7，檢測到1Q7=0，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開2Q1，柴發(fā)自行啟動，檢測到U4=1，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上1Q2；檢測到U5=1，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上2Q2。

注：此處1Q7、2Q1跳開尚未合1Q2、2Q2時，I母、II母無壓，由I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開I段負載，待1Q2合上且I母有壓，再由I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上I段負載；由II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開II段負載，待2Q2合上且II母有壓，再由II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上II段負載。

2）當(dāng)進線2失電時，U2=0，I2=0，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開2Q1，檢測到2Q1=0，由II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開II段負載，當(dāng)II段負載跳開后（負載均為分位），由AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上1Q7，檢測到1Q7=1，II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上II段負載。

以下分為兩種情況：

① 進線2恢復(fù)供電

檢測到進線2恢復(fù)供電，U2=1，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開1Q7，檢測到1Q7=0，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上2Q1。

注：此處1Q7跳開尚未合2Q1時，II母無壓，由II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開II段負載，待2Q1合上且II母有壓，再由II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上II段負載。

② 進線1失電

檢測到進線1失電，U1=0，I1=0，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開1Q7，檢測到1Q7=0，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開1Q1，柴發(fā)自行啟動，檢測到U4=1，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上1Q2；檢測到U5=1，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上2Q2。

注：此處1Q7、1Q1跳開尚未合1Q2、2Q2時，I母、II母無壓，由I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開I段負載，待1Q2合上且I母有壓，再由I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上I段負載；由II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開II段負載，待2Q2合上且II母有壓，再由II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上II段負載。

3）當(dāng)進線1和進線2同時失電時，檢測到U1=U2=0，I1=I2=0，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開1Q1、2Q1，柴發(fā)自行啟動，檢測到U4=1，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上1Q2；檢測到U5=1，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上2Q2。

注：此處1Q1、2Q1跳開尚未合1Q2、2Q2時，I母、II母無壓，由I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開I段負載，待1Q2合上且I母有壓，再由I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上I段負載；由II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開II段負載，待2Q2合上且II母有壓，再由II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上II段負載。

以上均失電后，進線來電后分為以下情況：

① 進線1來電，進線2不來電

檢測到U1=1，U2=0，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開1Q2，2Q2，檢測到1Q2=2Q2=0，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上1Q1，檢測到1Q1=1，且II段負載為分（此時由于進線1來電，柴發(fā)停機，II段母線無壓，負載已由逐級投切跳開），AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上1Q7，檢測到1Q7=1，II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上II段負載。

注：此處進線1來電，柴發(fā)停機，尚未合1Q1時，I母無壓，由I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開I段負載，待1Q1合上且I母有壓，再由I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上I段負載，和AM5-B合母聯(lián)不分先后。

② 進線2來電，進線1不來電

檢測到U1=0，U2=1，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開1Q2，2Q2，檢測到1Q2=2Q2=0，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上2Q1，檢測到2Q1=1，且I段負載為分（此時由于進線1來電，柴發(fā)停機，I段母線無壓，負載已由逐級投切跳開），AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上1Q7，檢測到1Q7=1，I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上I段負載。1S         

注：此處進線2來電，柴發(fā)停機，尚未合2Q1時，II母無壓，由II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開II段負載，待2Q1合上且II母有壓，再由II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上II段負載，和AM5-B合母聯(lián)不分先后。

③ 進線1和進線2同時來電

檢測到U1=1，U2=1，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開1Q2，2Q2，檢測到1Q2=2Q2=0，AM5-B經(jīng)延時（延時可設(shè)）合上1Q1，2Q1。

注：此處進線1、進線2來電，柴發(fā)停機，尚未合1Q1、2Q1時，I母、II母無壓，由I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開I段負載，待1Q1合上且I母有壓，再由I段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上I段負載；由II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）跳開II段負載，待2Q1合上且II母有壓，再由II段AM5-F經(jīng)延時（延時可設(shè)）逐級合上II段負載。

3.2 10kV各回路保護配置方案

本期項目10kV回路使用AM5SE系列及AM5系列微機保護測控裝置實現(xiàn)供電系統(tǒng)的保護。下圖為部分上圖方案：

圖2 柴發(fā)并機接線圖及上圖方案

圖3 10kV接線圖及上圖方案

3.3 0.4kV低壓備自投方案

項目0.4kV低壓側(cè)配置AM5-DB低壓備自投裝置，實現(xiàn)母聯(lián)備自投功能，方案如下：

（1）       正常運行時，母聯(lián)斷路器處于分閘狀態(tài)，兩路進線斷路器處于合閘狀態(tài)，系統(tǒng)分列運行。

（2）       當(dāng)任意一段母線失電時，備自投裝置檢測到該段母線無壓、進線無流，自動跳開對應(yīng)進線斷路器，合上母聯(lián)斷路器，由另一路進線帶兩段母線運行。

（3）       當(dāng)失電進線恢復(fù)供電后，備自投裝置自動跳開母聯(lián)斷路器，合上原進線斷路器，系統(tǒng)恢復(fù)至兩路進線分列運行狀態(tài)。

圖4 低壓備自投上圖方案

項目整體配置的微機保護測控裝置主要功能如下：

4現(xiàn)場應(yīng)用

本項目微機保護就地分散安裝在各個開關(guān)柜上，現(xiàn)場安裝如下圖所示，該項目所需保護功能已驗證完畢，目前正常運行。

圖5 現(xiàn)場安裝圖片

5 結(jié)語

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)運行與數(shù)據(jù)安全。本文從項目實際需求出發(fā)，分析了智算負荷對供電連續(xù)性的要求，系統(tǒng)闡述了備自投與逐級投切技術(shù)在安康智算產(chǎn)業(yè)園應(yīng)用的必要性?；贏M5系列微機保護裝置構(gòu)建的備自投與逐級投切控制系統(tǒng)，能夠有效應(yīng)對高密度機柜沖擊電流、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)，實現(xiàn)從電源故障到負載恢復(fù)的全自動、逐級、小沖擊控制。同時，針對不同應(yīng)用對象配置相應(yīng)的保護裝置，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可行的技術(shù)解決方案。

參考文獻

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[2] 安科瑞35KV以及下變電所智能配電系統(tǒng)設(shè)計與產(chǎn)品二次原理圖集.2020.10月版

[3] 安科瑞用戶變電站綜合自動化與運維解決方案.2021.11月版