AM系列備自投及逐級投切保護裝置在安康智算產業園配電工程中的應用

摘 要：伴隨數字經濟高速發展，智算產業對電力供應的連續性與可靠性提出了要求。電壓短暫中斷可導致算力中斷、數據丟失，造成不可估量的損失。安康智算產業園作為區域算力樞紐，基于AM5系列微機保護裝置，構建了備自投與逐級投切控制系統，通過精密設計的邏輯閉環，實現了從電源故障發生到負載恢復的全自動控制，具備逐級恢復加載的特點。同時，在配電房中不同的應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性與系統穩定性。

關鍵詞：微機保護；備自投；逐級投切；供電連續性

1 概述

安康智算產業園是2024年陜西省級重點項目，位于安康高新區。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業三大聚集區之一，安康智算產業園被列入省工業和信息化廳2024年至2026年人工智能發展規劃，定位為全省智算三大供給側之一。項目將以智算產業園建設為依托，加快推動先進算力與交通裝備、消費電子等重點產業鏈條深度融合，持續拓展算力上下游產業、培育全鏈條產業生態，助力全市數字經濟高質量發展。

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，構建了“兩路市電+兩路柴發+母聯互聯"的單母線分段供電系統。采用兩路獨立的10kV市電進線作為主供電源，兩路柴油發電機進線作為應急后備電源，進線之間通過母聯開關實現互聯互備，系統按單母線分段方式運行，I段、II段母線正常時分列供電，故障時通過母聯開關實現負荷供電，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側的高密度機柜、制冷設備、照明及輔助系統提供分級配電。

2 供電需求分析

安康智算產業園需要使用備自投保護+逐級投切的原因如下：

（1）       算力任務不能中斷：AI模型訓練周期長，斷電重來會導致算力資源浪費、時間成本增加、經濟損失巨大。因此，需要使用可自動投切的備用電源保證供電的連續性，幫助算力任務持續運行。

（2）       機柜功率密度高：智算產業園的機柜功耗遠超過普通的數據中心。若電源切換后一次性投入全部負載，會導致沖擊電流升高、電壓驟降，引發二次跳閘，嚴重時可能損壞前端設備。因此，必須按照預設順序分批投入負載，將沖擊電流控制在可接受的范圍內，保障供電設備安全。

（3）       業務連續性需求：智算產業園服務的客戶涵蓋人工智能企業、科研機構、智能制造企業等，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過程平穩。

（4）       柴發帶載能力：柴油發電機啟動時間長（通常在10-30s），且帶載能力是逐步提升的，無法瞬間承受滿負荷沖擊。若柴發投入后一次性加載所有負載，會導致柴發過載停機，加劇供電風險。因此，必須通過逐級投切邏輯，根據柴發的實際帶載能力分批次投入負載，確保柴發供電的可靠性與穩定性。

（5）       供電架構復雜：本項目采用“兩路市電進線+母聯+兩路柴發進線"的單母線分段供電架構，正常運行時兩段母線分列供電，故障時需通過母聯實現負荷供電，市電恢復后還需自動退回原運行方式。這一架構衍生出單進線失電、雙路進線失電、單進線恢復、雙路進線恢復、柴發協同等多種工況，且各工況下的開關動作順序、延時設置、互鎖邏輯均不相同。因此，需要備自投系統具備高度的邏輯處理能力，確保供電系統在全場景下均能可靠、有序運行。

3產品方案

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、兩路柴發進線電壓及7處斷路器位置，使用1臺AM5-B實現備自投切換功能及2臺AM5-F實現逐級投切功能，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）當進線1失電時，U1=0，I1=0，AM5-B經延時（延時可設）跳開1Q1，檢測到1Q1=0，且I母無壓，由I段AM5-F經延時（延時可設）跳開I段負載，當I段負載跳開后（負載均為分位），由AM5-B經延時（延時可設）合上1Q7，檢測到1Q7=1，且I母有壓，I段AM5-F經延時（延時可設）逐級合上I段負載。

以下分為兩種情況：

① 進線1恢復供電

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

注：此處1Q7跳開尚未合1Q1時，I母無壓，由I段AM5-F經延時（延時可設）跳開I段負載，待1Q1合上且I母有壓，再由I段AM5-F經延時（延時可設）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經延時（延時可設）跳開1Q7，檢測到1Q7=0，AM5-B經延時（延時可設）跳開2Q1，柴發自行啟動，檢測到U4=1，AM5-B經延時（延時可設）合上1Q2；檢測到U5=1，AM5-B經延時（延時可設）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經延時（延時可設）跳開I段負載，待1Q2合上且I母有壓，再由I段AM5-F經延時（延時可設）逐級合上I段負載；由II段AM5-F經延時（延時可設）跳開II段負載，待2Q2合上且II母有壓，再由II段AM5-F經延時（延時可設）逐級合上II段負載。

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

以下分為兩種情況：

① 進線2恢復供電

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

注：此處1Q7跳開尚未合2Q1時，II母無壓，由II段AM5-F經延時（延時可設）跳開II段負載，待2Q1合上且II母有壓，再由II段AM5-F經延時（延時可設）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經延時（延時可設）跳開1Q7，檢測到1Q7=0，AM5-B經延時（延時可設）跳開1Q1，柴發自行啟動，檢測到U4=1，AM5-B經延時（延時可設）合上1Q2；檢測到U5=1，AM5-B經延時（延時可設）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經延時（延時可設）跳開I段負載，待1Q2合上且I母有壓，再由I段AM5-F經延時（延時可設）逐級合上I段負載；由II段AM5-F經延時（延時可設）跳開II段負載，待2Q2合上且II母有壓，再由II段AM5-F經延時（延時可設）逐級合上II段負載。

3）當進線1和進線2同時失電時，檢測到U1=U2=0，I1=I2=0，AM5-B經延時（延時可設）跳開1Q1、2Q1，柴發自行啟動，檢測到U4=1，AM5-B經延時（延時可設）合上1Q2；檢測到U5=1，AM5-B經延時（延時可設）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經延時（延時可設）跳開I段負載，待1Q2合上且I母有壓，再由I段AM5-F經延時（延時可設）逐級合上I段負載；由II段AM5-F經延時（延時可設）跳開II段負載，待2Q2合上且II母有壓，再由II段AM5-F經延時（延時可設）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經延時（延時可設）跳開1Q2，2Q2，檢測到1Q2=2Q2=0，AM5-B經延時（延時可設）合上1Q1，檢測到1Q1=1，且II段負載為分（此時由于進線1來電，柴發停機，II段母線無壓，負載已由逐級投切跳開），AM5-B經延時（延時可設）合上1Q7，檢測到1Q7=1，II段AM5-F經延時（延時可設）逐級合上II段負載。

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

② 進線2來電，進線1不來電

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

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

③ 進線1和進線2同時來電

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

注：此處進線1、進線2來電，柴發停機，尚未合1Q1、2Q1時，I母、II母無壓，由I段AM5-F經延時（延時可設）跳開I段負載，待1Q1合上且I母有壓，再由I段AM5-F經延時（延時可設）逐級合上I段負載；由II段AM5-F經延時（延時可設）跳開II段負載，待2Q1合上且II母有壓，再由II段AM5-F經延時（延時可設）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供電系統的保護。下圖為部分上圖方案：

圖2 柴發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低壓側配置AM5-DB低壓備自投裝置，實現母聯備自投功能，方案如下：

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

（2）       當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，自動跳開對應進線斷路器，合上母聯斷路器，由另一路進線帶兩段母線運行。

（3）       當失電進線恢復供電后，備自投裝置自動跳開母聯斷路器，合上原進線斷路器，系統恢復至兩路進線分列運行狀態。

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現場應用

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

圖5 現場安裝圖片

5 結語

安康智算產業園作為區域算力樞紐，其供電系統的可靠性與穩定性直接關系到算力任務的連續運行與數據安全。本文從項目實際需求出發，分析了智算負荷對供電連續性的要求，系統闡述了備自投與逐級投切技術在安康智算產業園應用的必要性。基于AM5系列微機保護裝置構建的備自投與逐級投切控制系統，能夠有效應對高密度機柜沖擊電流、柴發帶載能力弱、供電架構復雜等多重技術挑戰，實現從電源故障到負載恢復的全自動、逐級、小沖擊控制。同時，針對不同應用對象配置相應的保護裝置，整體方案為智算產業園的高可靠供電保障提供了切實可行的技術解決方案。

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設計與產品二次原理圖集.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