摘要

數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，智算產(chǎn)業(yè)對(duì)電力供應(yīng)的連續(xù)性與可靠性提出極致要求，電壓短暫中斷即可引發(fā)算力中斷、數(shù)據(jù)丟失，造成難以估量的經(jīng)濟(jì)損失。作為區(qū)域算力樞紐的安康智算產(chǎn)業(yè)園，以 AM5 系列微機(jī)保護(hù)裝置為核心，構(gòu)建備自投與逐級(jí)投切控制系統(tǒng)，通過精密邏輯閉環(huán)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電源故障至負(fù)載恢復(fù)的全自動(dòng)控制，兼具逐級(jí)恢復(fù)加載特性。針對(duì)配電房不同應(yīng)用對(duì)象差異化配置保護(hù)裝置，全方位保障智算負(fù)荷供電連續(xù)性與系統(tǒng)穩(wěn)定性，為智算產(chǎn)業(yè)園高質(zhì)量運(yùn)行筑牢電力安全防線。

關(guān)鍵詞：微機(jī)保護(hù)；備自投；逐級(jí)投切；供電連續(xù)性；智算產(chǎn)業(yè)園

1 項(xiàng)目概述

安康智算產(chǎn)業(yè)園是 2024 年陜西省省級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目，坐落于安康高新區(qū)，總投資概算 219668.98 萬元，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，該園區(qū)已納入省工業(yè)和信息化廳 2024-2026 年人工智能發(fā)展規(guī)劃，定位為全省智算三大供給側(cè)核心載體。

項(xiàng)目以產(chǎn)業(yè)園建設(shè)為抓手，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)鏈深度融合，培育全鏈條產(chǎn)業(yè)生態(tài)，助力區(qū)域數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。本次實(shí)施的 10kV 人工智能高密度機(jī)房一期工程，聚焦智算負(fù)荷高可靠、高密度供電核心需求，構(gòu)建 “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)：以兩路獨(dú)立 10kV 市電進(jìn)線為主供電源，兩路柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線為應(yīng)急后備電源，各進(jìn)線間通過母聯(lián)開關(guān)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互備。系統(tǒng)按單母線分段模式運(yùn)行，I 段、II 段母線正常狀態(tài)下分列供電，故障時(shí)通過母聯(lián)開關(guān)切換負(fù)荷供電，確保單段母線檢修或失電時(shí)，另一段可持續(xù)帶載運(yùn)行。每段母線配置 5 臺(tái) 10/0.4kV 干式變壓器，總計(jì) 10 臺(tái)，為 0.4kV 側(cè)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，為園區(qū)算力業(yè)務(wù)穩(wěn)定運(yùn)行奠定硬件基礎(chǔ)。

2 核心供電需求分析

安康智算產(chǎn)業(yè)園之所以采用備自投保護(hù) + 逐級(jí)投切組合方案，源于智算產(chǎn)業(yè)獨(dú)特的電力需求特征與項(xiàng)目復(fù)雜的供電場(chǎng)景，具體需求如下：更多資料請(qǐng)聯(lián)系安科瑞陳芳芳136/11 96/55 14

2.1 算力任務(wù)連續(xù)性需求

AI 模型訓(xùn)練周期長、成本高，若供電中斷后重新啟動(dòng)，不僅導(dǎo)致算力資源嚴(yán)重浪費(fèi)，還會(huì)增加時(shí)間成本與經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須配置可自動(dòng)投切的備用電源系統(tǒng)，保障供電連續(xù)性，確保算力任務(wù)持續(xù)不間斷運(yùn)行，避免前期投入損失。

2.2 高功率密度適配需求

智算產(chǎn)業(yè)園機(jī)柜功耗遠(yuǎn)高于普通數(shù)據(jù)中心，電源切換時(shí)若一次性投入全部負(fù)載，將引發(fā)沖擊電流急劇升高、電壓驟降，進(jìn)而導(dǎo)致二次跳閘，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞前端設(shè)備。需通過預(yù)設(shè)順序分批投入負(fù)載，嚴(yán)格控制沖擊電流在合理范圍，保障供電設(shè)備安全運(yùn)行。

2.3 業(yè)務(wù)連續(xù)性保障需求

園區(qū)服務(wù)對(duì)象涵蓋人工智能企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、智能制造企業(yè)等多元主體，對(duì)電源切換速度與負(fù)載投切平穩(wěn)性要求極高。備自投功能需實(shí)現(xiàn)電源切換的迅速可靠，逐級(jí)投切功能則需確保負(fù)載恢復(fù)過程無沖擊，全方位滿足不同行業(yè)客戶的業(yè)務(wù)連續(xù)性需求。

2.4 柴油發(fā)電機(jī)帶載適配需求

柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間較長，通常需 10-30 秒，且?guī)лd能力逐步提升，無法瞬間承受滿負(fù)荷沖擊。若投入后一次性加載全部負(fù)載，易導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過載停機(jī)，進(jìn)一步加劇供電風(fēng)險(xiǎn)。需通過逐級(jí)投切邏輯，結(jié)合發(fā)電機(jī)實(shí)際帶載能力分批次投入負(fù)載，保障應(yīng)急供電的可靠性與穩(wěn)定性。

2.5 復(fù)雜供電架構(gòu)適配需求

本項(xiàng)目采用 “兩路市電進(jìn)線 + 母聯(lián) + 兩路柴發(fā)進(jìn)線” 的單母線分段供電架構(gòu)，工況類型復(fù)雜多樣，包括單進(jìn)線失電、雙路進(jìn)線失電、單進(jìn)線恢復(fù)、雙路進(jìn)線恢復(fù)、柴發(fā)協(xié)同等。不同工況下開關(guān)動(dòng)作順序、延時(shí)設(shè)置、互鎖邏輯均存在差異，要求備自投系統(tǒng)具備強(qiáng)大的邏輯處理能力，確保全場(chǎng)景下供電系統(tǒng)可靠、有序運(yùn)行。

3 產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)

基于項(xiàng)目核心需求，依托 AM5 系列微機(jī)保護(hù)裝置，構(gòu)建覆蓋高壓、中壓、低壓全場(chǎng)景的供電保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)備自投與逐級(jí)投切的精準(zhǔn)控制。

圖1 備自投一次圖

3.1 10kV 備自投 + 逐級(jí)投切方案

本方案核心配置 1 臺(tái) AM5-B 備自投保護(hù)裝置、2 臺(tái) AM5-F 逐級(jí)投切保護(hù)裝置，采集兩路市電進(jìn)線電壓電流、兩路柴發(fā)進(jìn)線電壓及 7 處斷路器位置信號(hào)，精準(zhǔn)管控供電系統(tǒng)切換流程。

3.1.1 正常運(yùn)行狀態(tài)

1Q1、2Q1 合閘，1Q7 分閘，兩路進(jìn)線分列運(yùn)行，電壓、電流及開關(guān)位置信號(hào)均處于正常工況，為園區(qū)算力業(yè)務(wù)提供穩(wěn)定電力供應(yīng)。

3.1.2 進(jìn)線 1 失電工況

當(dāng)檢測(cè)到進(jìn)線 1 失電時(shí)，AM5-B 經(jīng)延時(shí)跳開 1Q1，待確認(rèn) 1Q1 分閘且 I 母無壓后，I 段 AM5-F 經(jīng)延時(shí)跳開 I 段全部負(fù)載；隨后 AM5-B 經(jīng)延時(shí)合上 1Q7，確認(rèn) 1Q7 合閘且 I 母有壓后，I 段 AM5-F 經(jīng)延時(shí)逐級(jí)合上 I 段負(fù)載。

若進(jìn)線 1 恢復(fù)供電：AM5-B 經(jīng)延時(shí)跳開 1Q7，待 1Q7 分閘后合上 1Q1；此過程中 I 母無壓，I 段 AM5-F 經(jīng)延時(shí)跳開 I 段負(fù)載，1Q1 合閘且 I 母有壓后，再逐級(jí)合上 I 段負(fù)載。

若進(jìn)線 2 同步失電：AM5-B 經(jīng)延時(shí)跳開 1Q7 與 2Q1，觸發(fā)柴發(fā)啟動(dòng)；待柴發(fā)啟動(dòng)且 U4=1、U5=1 后，依次合上 1Q2、2Q2；此過程中 I 母、II 母無壓，I 段、II 段 AM5-F 分別跳開對(duì)應(yīng)負(fù)載，待對(duì)應(yīng)母線合閘有壓后再逐級(jí)加載。

3.1.3 進(jìn)線 2 失電工況

當(dāng)檢測(cè)到進(jìn)線 2 失電時(shí)，AM5-B 經(jīng)延時(shí)跳開 2Q1，待確認(rèn) 2Q1 分閘且 II 母無壓后，II 段 AM5-F 經(jīng)延時(shí)跳開 II 段全部負(fù)載；隨后 AM5-B 經(jīng)延時(shí)合上 1Q7，確認(rèn) 1Q7 合閘且 II 母有壓后，II 段 AM5-F 經(jīng)延時(shí)逐級(jí)合上 II 段負(fù)載。

若進(jìn)線 2 恢復(fù)供電：AM5-B 經(jīng)延時(shí)跳開 1Q7，待 1Q7 分閘后合上 2Q1；此過程中 II 母無壓，II 段 AM5-F 經(jīng)延時(shí)跳開 II 段負(fù)載，2Q1 合閘且 II 母有壓后，再逐級(jí)合上 II 段負(fù)載。

若進(jìn)線 1 同步失電：流程與進(jìn)線 2 失電且進(jìn)線 1 失電工況一致，實(shí)現(xiàn)柴發(fā)協(xié)同應(yīng)急供電與負(fù)載精準(zhǔn)投切。

3.1.4 雙進(jìn)線同時(shí)失電工況

當(dāng)檢測(cè)到兩路進(jìn)線均失電時(shí)，AM5-B 經(jīng)延時(shí)跳開 1Q1、2Q1，觸發(fā)柴發(fā)啟動(dòng)；待柴發(fā)啟動(dòng)且 U4=1、U5=1 后，依次合上 1Q2、2Q2；I 母、II 母無壓期間，I 段、II 段 AM5-F 分別跳開對(duì)應(yīng)負(fù)載，母線合閘有壓后再逐級(jí)加載，保障應(yīng)急供電全覆蓋。

3.1.5 進(jìn)線恢復(fù)工況

失電進(jìn)線恢復(fù)供電后，分三種場(chǎng)景精準(zhǔn)切換：

僅進(jìn)線 1 來電：AM5-B 跳開 1Q2、2Q2，待分閘后合上 1Q1；確認(rèn) 1Q1 合閘且 I 母有壓后，合上 1Q7，II 段 AM5-F 逐級(jí)合上 II 段負(fù)載；I 段負(fù)載同步完成無壓跳開與有壓逐級(jí)加載。

僅進(jìn)線 2 來電：流程與僅進(jìn)線 1 來電工況對(duì)稱，保障 II 段負(fù)載穩(wěn)定恢復(fù)。

雙進(jìn)線同時(shí)來電：AM5-B 跳開 1Q2、2Q2，待分閘后同時(shí)合上 1Q1、2Q1；雙母線無壓期間，I 段、II 段 AM5-F 分別跳開對(duì)應(yīng)負(fù)載，母線有壓后逐級(jí)加載，恢復(fù)正常分列運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 10kV 各回路保護(hù)配置方案

針對(duì) 10kV 各回路不同用電特性，配置 AM5SE 系列及 AM5 系列微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置，實(shí)現(xiàn)差異化保護(hù)：

圖2 柴發(fā)并機(jī)接線圖及上圖方案

圖3 10kV接線圖及上圖方案

9 臺(tái) AM5SE-MD 油機(jī)進(jìn)線差動(dòng)保護(hù)裝置：提供差動(dòng)速斷保護(hù)、比率差動(dòng)保護(hù)、CT 斷線等核心功能，保障柴發(fā)進(jìn)線安全運(yùn)行。

5 臺(tái) AM5SE-F 線路保護(hù)裝置：配備三段式過流保護(hù)、反時(shí)限過流保護(hù)、兩段式零序過流保護(hù)、重合閘、逆功率保護(hù)、頻率保護(hù)等全維度功能，適配 10kV 線路多樣保護(hù)需求。

1 臺(tái) AM5SE-UB PT 監(jiān)測(cè)并列消諧裝置：實(shí)現(xiàn) PT 電壓異常監(jiān)測(cè)、消諧、并列解列等功能，保障電壓監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)性與系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.3 0.4kV 低壓備自投方案

低壓側(cè)配置 3 臺(tái) AM5-DB 低壓備自投保護(hù)裝置，構(gòu)建母聯(lián)備自投系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)低壓供電雙備份：

圖4 低壓備自投上圖方案

正常運(yùn)行時(shí)，母聯(lián)斷路器分閘，兩路進(jìn)線斷路器合閘，系統(tǒng)分列供電，充分利用兩路電源資源。

任意一段母線失電時(shí)，裝置檢測(cè)到無壓、無流后，自動(dòng)跳開對(duì)應(yīng)進(jìn)線斷路器，合上母聯(lián)斷路器，由另一路進(jìn)線帶兩段母線運(yùn)行，避免單路失電導(dǎo)致低壓負(fù)載停電。

失電進(jìn)線恢復(fù)供電后，裝置自動(dòng)跳開母聯(lián)斷路器，合上原進(jìn)線斷路器，系統(tǒng)回歸正常分列運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)低壓供電自動(dòng)恢復(fù)。

3.4 核心裝置功能匯總

AM5 系列微機(jī)保護(hù)裝置覆蓋高壓、中壓、低壓全場(chǎng)景，從差動(dòng)保護(hù)、線路保護(hù)到備自投控制、逐級(jí)投切，全方位適配智算產(chǎn)業(yè)園復(fù)雜供電需求，為供電系統(tǒng)可靠性提供硬件支撐。具體配置與功能如下表所示：

表格

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證

AM5 系列微機(jī)保護(hù)裝置就地分散安裝于園區(qū)各開關(guān)柜內(nèi)，安裝調(diào)試完成后，經(jīng)全面功能驗(yàn)證，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)保護(hù)動(dòng)作精準(zhǔn)、響應(yīng)及時(shí)。從實(shí)際運(yùn)行效果來看，裝置可精準(zhǔn)捕捉電壓、電流、開關(guān)位置等信號(hào)變化，嚴(yán)格按照預(yù)設(shè)邏輯完成備自投與逐級(jí)投切操作，未出現(xiàn)誤動(dòng)、拒動(dòng)情況，有效保障了高密度機(jī)柜、制冷設(shè)備等核心負(fù)載的連續(xù)供電，驗(yàn)證了方案的可行性與可靠性。

現(xiàn)場(chǎng)圖片

現(xiàn)場(chǎng)圖片

5 結(jié)語

安康智算產(chǎn)業(yè)園作為區(qū)域算力中樞，其供電系統(tǒng)的可靠性直接決定算力任務(wù)連續(xù)運(yùn)行與數(shù)據(jù)安全。本項(xiàng)目針對(duì)智算負(fù)荷供電連續(xù)性、高功率密度、復(fù)雜供電架構(gòu)等核心需求，基于 AM5 系列微機(jī)保護(hù)裝置構(gòu)建備自投與逐級(jí)投切控制系統(tǒng)，精準(zhǔn)破解高密度機(jī)柜沖擊電流、柴發(fā)帶載能力弱、工況復(fù)雜等技術(shù)難題。

通過差異化裝置配置、精密邏輯設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電源故障到負(fù)載恢復(fù)的全自動(dòng)、逐級(jí)、小沖擊控制，全方位保障智算負(fù)荷供電連續(xù)性與系統(tǒng)穩(wěn)定性。該方案不僅為安康智算產(chǎn)業(yè)園提供了高可靠供電保障，更為新能源時(shí)代智算產(chǎn)業(yè)園、數(shù)據(jù)中心等新型算力基礎(chǔ)設(shè)施的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了可復(fù)制、可推廣的技術(shù)范本，助力數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

審核編輯 黃宇