封閉式靜音發(fā)電機(jī)作為數(shù)據(jù)中心的后備電源，對數(shù)據(jù)中心的不間斷運(yùn)行至關(guān)重。本文引薦了隔音箱發(fā)電機(jī)裝置的電氣保護(hù)種類、機(jī)理及整定途徑，然后結(jié)合某參數(shù)中心工程介紹了其差動保護(hù)和單相接地保護(hù)的配置方法，以供其他類似項目參考。

　　大型數(shù)據(jù)中心由雙重電源供電，并設(shè)置后備全密封靜音發(fā)電機(jī)作為后備電源，保證數(shù)據(jù)中心在電網(wǎng)停電情況下不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)。目前大型參數(shù)中心的容量多在數(shù)千瓦以上，需要配置1個甚至多個靜音柴油發(fā)電機(jī)供電裝置才能滿足以上需求，每個系統(tǒng)由數(shù)臺中壓全密封靜音發(fā)電機(jī)構(gòu)造并機(jī)系統(tǒng)供電。由此可知，參數(shù)中心低噪音發(fā)電機(jī)系統(tǒng)規(guī)模龐大，投資甚高，為了保證參數(shù)中心的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)及發(fā)電機(jī)系統(tǒng)自身的安全，需要具有完善的電氣保護(hù)配置。本文以某數(shù)據(jù)中心為例，推薦了適用參數(shù)中心安靜型發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)的電氣保護(hù)措施及配置[1-4]。

　　中壓拖車式發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)由以下部分構(gòu)造：戶外型靜音發(fā)電機(jī)組、發(fā)電機(jī)控制器、交流發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)出口開關(guān)柜、接地電阻柜、PT柜及出線柜等。每個供電系統(tǒng)的拖車式發(fā)電機(jī)的數(shù)量根據(jù)“N+1”原則（N臺的總?cè)萘繚M足負(fù)荷需求，另1臺作為后備）確定，保證負(fù)載具體是IT裝置、中壓冷凍水空調(diào)主機(jī)及末端空調(diào)風(fēng)機(jī)。裝置一次主接線 發(fā)電機(jī)供電裝置結(jié)構(gòu)圖

　　某數(shù)據(jù)中心每個發(fā)電機(jī)供電裝置由4臺2200kW的中壓發(fā)電機(jī)構(gòu)造，為后端8臺變壓器和2套冷水空調(diào)機(jī)組供電。

　　目前，民用及工業(yè)項目中使用的戶外型靜音發(fā)電機(jī)以低壓掛車電站式發(fā)電機(jī)為主，用途為應(yīng)急電源，其價格偏低；而大型數(shù)據(jù)中心的方艙式靜音發(fā)電機(jī)以中壓拖車式發(fā)電機(jī)為主，功能為備載電源，且以多臺降噪型發(fā)電機(jī)并機(jī)運(yùn)行的方式運(yùn)行，系統(tǒng)復(fù)雜、價格昂貴。以上特性決定了后者需要更加完善的電氣保護(hù)辦法。與低壓靜音發(fā)電機(jī)組相比，中壓隔音箱發(fā)電機(jī)組的電氣保護(hù)具有以下特征：

　　1）機(jī)組配置的控制系統(tǒng)、探頭功用強(qiáng)大，具備交流電壓較高/較低停機(jī)、低頻停機(jī)、超頻停機(jī)/告警、逆容量停機(jī)和逆無功功率停機(jī)等用途，發(fā)電機(jī)組內(nèi)部出現(xiàn)某些故障時基本上可由自身的操作界面監(jiān)測并進(jìn)行保護(hù)。

　　3）我國的低壓市電配電裝置以TN系統(tǒng)為主，因此低壓靜音發(fā)電機(jī)組多采用中性點直接接地的方式；我國的中壓市電配電裝置多為非直接接地裝置，各廠家的安靜型發(fā)電機(jī)對單相接地?fù)p壞電流有各自的限值要求，因此中壓發(fā)電機(jī)裝置不采用中性點直接接地的方式，由此造成發(fā)電機(jī)單相接地時的損壞電流較小，在工程設(shè)計中需要采用適當(dāng)?shù)膯蜗嘟拥乇Ｗo(hù)措施限制這一故障。

　　縱聯(lián)差動保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路損壞，其中相間短路對發(fā)電機(jī)的損害最大，差動保護(hù)可作為發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路故障的主保護(hù)。

　　考慮到實際運(yùn)行中存在穿越電流、不平衡電流隨外部短路電流增大和電流互感器飽和等因素，實際應(yīng)用中，多選取具有比率制動特征的縱聯(lián)差動保護(hù)。比率制動式縱聯(lián)差動保護(hù)的動作電流隨制動電流變化，保證外部短路損壞不誤動的同時又對內(nèi)部短路損壞有很高的靈敏度。圖2為發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動保護(hù)的接線圖，規(guī)定一次電流流入發(fā)電機(jī)為正方向。

　　op、Iop.0分別為差動保護(hù)的動作電流和最小動作電流；Ires.0、Ires.1為第一拐點和第二拐點制動電流；K1、K2為第一拐點和第二拐點比率制動系數(shù)。保護(hù)設(shè)備依次按相判別，當(dāng)滿足式（3）中任一個條件時，比率差動保護(hù)會動作。

　　unb也隨之增大，采用二折線比率制動特性后，在電網(wǎng)流區(qū)域增大制動系數(shù)（制動斜率），能減小保護(hù)誤動的概率。圖3 比率制動差動保護(hù)的動作特性曲線 差動保護(hù)的整定

　　op.0=（0.15～0.30In），在微機(jī)保護(hù)中通常整定為0.20In（發(fā)電機(jī)額定電流）。從圖3中可以看出，當(dāng)拐點電流確定后，折線的斜率越大，保護(hù)動作區(qū)越小，制動區(qū)越大；反之亦然。在工程計算中，通常為安全可靠，取K1= 0.3～0.5；

　　2=0.5～0.7。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞時，保護(hù)應(yīng)立即動作于跳閘，該保護(hù)沒有電氣制動量，這種保護(hù)叫做差動速斷保護(hù)。它的動作因素是任一相差動電流大于差動速斷整定值Iop.max，速斷整定值需要躲過發(fā)電機(jī)出口短路時的最大差流，可取

　　op.max=(4～6)In，其中In為發(fā)電機(jī)額定電流。2.3 調(diào)試結(jié)果及問題解決1）保護(hù)定值設(shè)置某數(shù)據(jù)中心的單個發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)由4臺2200kW的中壓機(jī)組供電，供電裝置組成如圖1所示，發(fā)電機(jī)組的參數(shù)見表1。

　　設(shè)備裝配完畢后，完成保護(hù)參數(shù)設(shè)定，并完成各子裝置的初步測試后，對整個發(fā)電機(jī)-電網(wǎng)-二級配電系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)調(diào)聯(lián)試；由于初期負(fù)荷很小，只需投運(yùn)2臺發(fā)電機(jī)、4臺變壓器，故而還進(jìn)行了部分裝置的聯(lián)調(diào)聯(lián)試。在部分系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試步驟中，當(dāng)完成各機(jī)組逐臺起動-并聯(lián)后，空載投入變壓器時產(chǎn)生1臺發(fā)電機(jī)出口斷路器跳閘的狀況。2）誤動分析檢查差動保護(hù)器的記錄，發(fā)現(xiàn)動作原由為差動保護(hù)動作，探求聯(lián)調(diào)聯(lián)試辦法后發(fā)現(xiàn)跳閘的緣由在于：發(fā)電機(jī)并列成功后，大電母線kVA變壓器幾乎同時空載合閘，短時間內(nèi)產(chǎn)生了很大的勵磁涌流。雖然發(fā)電機(jī)出口的電流互感器（發(fā)電機(jī)廠家配套）與中性點互感器（開關(guān)柜廠家配套）變比相同，但磁特征不一致，如鐵心材料、響應(yīng)比、飽和曲線等。在勵磁涌流（具體成分為二次諧波）的用途下，差動回路上會發(fā)生嚴(yán)重的差動回路不平衡電流，差動電流/制動電流進(jìn)入動作區(qū)，使差動保護(hù)器誤動作。

　　為了使保護(hù)不誤動作，可以調(diào)整差動速斷動作電流，使其躲過多臺變壓器合閘的勵磁涌流。由于單臺變壓器的勵磁涌流達(dá)3～6倍變壓器額定電流

　　NT，假設(shè)勵磁涌流均分到2臺發(fā)電機(jī)上，每臺發(fā)電機(jī)承受約6～12倍INT，而發(fā)電機(jī)的最大外部短路電流也僅為6.6倍INT，因此采用這種辦法將嚴(yán)重影響差動速斷保護(hù)的保護(hù)范圍和靈敏性。3）處理方法變壓器差動保護(hù)受勵磁涌流影響的討論已經(jīng)比較深入、成熟，通過閉鎖二次諧波可以大大降低誤動的概率。其中，二次諧波制動是目前運(yùn)用比較廣泛的一種技術(shù)。二次諧波制動的機(jī)理是差動電流超過設(shè)定值的情形下，采用三相差動電流中二次諧波與基波的比值作為勵磁涌流閉鎖判據(jù)，即：

　　2bI1。其中I2為每相差動電流中的二次諧波，I1為對應(yīng)相的差流基波，K2b為二次諧波制動系數(shù)整定值。當(dāng)I2與I1的比值大于K2b時，可靠制動差動保護(hù)；當(dāng)I2與I1的比值等于或小于K2b時，差動保護(hù)動作。K2b的值一般設(shè)置在15%～20%之間。在綜合比較各種對策的優(yōu)弊端后，甲方重新采購了具有二次諧波制動用途的差動保護(hù)裝置。此外，若變壓器同時合閘，理論上有可能觸發(fā)差動保護(hù)的速斷保護(hù)，因此必須設(shè)置變壓器為逐臺投入，降低勵磁涌流。完善保護(hù)方案及變壓器投入手段后，空載投入變壓器時發(fā)電機(jī)出口斷路器跳閘的現(xiàn)象不再發(fā)生。3 單相接地保護(hù)3.1 接地方式

　　單相接地時電力系統(tǒng)中出現(xiàn)頻率最高的接地故障，單相接地保護(hù)方式與發(fā)電機(jī)組的接地方式密切相關(guān)。而中性點接地方式的選用是一個復(fù)雜的綜合性問題，它涉及數(shù)據(jù)中心的安全性、可靠性、連續(xù)性、系統(tǒng)過電壓水平、裝備絕緣水平、單相接地電容電流對設(shè)備的故障程度等許多方面。對于數(shù)據(jù)中心內(nèi)的10kV電壓等級，具體可從供電連續(xù)性、與大電接地方式是否匹配、設(shè)備投資和對通信的影響等方面分析。

　　如果賦予表3中各項相同的權(quán)重，可以看出不接地和高電阻接地方式的優(yōu)勢較多，適用在參數(shù)中心中使用。其中高阻接地是目前參數(shù)中心帶隔音罩發(fā)電機(jī)使用較多的接地方式。根據(jù)廠家要求，單相接地故障電流應(yīng)限制在200A以內(nèi)，不接地和高電阻接地方式都滿足這一要求。綜合各種要素考慮，本工程選取高電阻接地辦法。本工程單個發(fā)電機(jī)供電裝置的4臺發(fā)電機(jī)采用共用接地電阻，通過各自的真空接觸器控制接地電阻的投入或者切除。

　　在（1）階段，每臺發(fā)電機(jī)單獨運(yùn)轉(zhuǎn)，每臺發(fā)電機(jī)的出口配置了帶開口三角形繞組的電壓互感器，通過互感器測量機(jī)端零序電壓，檢查是否有單相接地故障，若某機(jī)組的互感器反應(yīng)出故障信號，則該機(jī)組退出并車步驟，出口斷路器跳閘，發(fā)電機(jī)停機(jī)、滅磁。

　　在（2）階段，一般可采樣零序電壓或者零序電流來預(yù)判是否產(chǎn)生單相接地故障，若采用零序電流判據(jù)，可發(fā)現(xiàn)發(fā)生單相接地故障的線路，接地信號功用于接地線路上發(fā)電機(jī)的出口斷路器跳閘、發(fā)電機(jī)停機(jī)、滅磁。零序電流保護(hù)的原理是當(dāng)發(fā)生單相接地時，流過損壞線路的零序電流等于全裝置非故障原件對地電容電流的總和。

　　本項目的10kV電纜包含8條至變壓器的電纜，2條至高壓冷凍水機(jī)組的電纜，總長約1.8km，截面120mm

　　為0.57～0.83A。根據(jù)文獻(xiàn)[6]中的數(shù)據(jù)及計算步驟，假設(shè)某條150m線路產(chǎn)生單相接地?fù)p壞，此時單相接地?fù)p壞電流約為6.26A。為限值間歇性弧光接地過電壓和諧振過電壓，接地電阻取為

　　0=XC/3，約887W。此時IR/IC=3，弧光接地過電壓和諧振過電壓可低于2.5倍[7]，單相接地故障電流ID=9.66A。按躲過被保護(hù)線路電容電流要素，計算線路零序電流保護(hù)定值為（4）式中：K

　　為損壞線路的容性電流；ID為單相接地?fù)p壞電流；Ksen為零序保護(hù)的靈敏度系數(shù)。將之前得到的參數(shù)代入式（4）可得，Iact=2.8A，K

　　=3.4＞2，滿足規(guī)范[5]中的靈敏度要求。由于本工程的損壞電流及容性電流都過低，應(yīng)選購高精度、小變比的零序電流互感器，以降低誤動的可能。4 結(jié)論預(yù)制艙式靜音發(fā)電機(jī)是數(shù)據(jù)中心的備用電源，而且價格較為昂貴，通過電氣保護(hù)步驟保證其安全運(yùn)行是電氣設(shè)計中的一項重要作業(yè)。數(shù)據(jù)中心的中壓低噪音發(fā)電機(jī)與配電變壓器的電氣距離很近，且變壓器裝機(jī)容量2倍于發(fā)電機(jī)功率，因此需要采取必要的對策防范配電變壓器空載合閘時導(dǎo)致差動保護(hù)誤動作：一方面可逐臺投入配電變壓器，盡量減少勵磁涌流；另一方面可采用二次諧波制動等判據(jù)，提升差動保護(hù)躲過勵磁涌流的能力。

　　數(shù)據(jù)中心的拖車式發(fā)電機(jī)的接地方式需要與市電裝置的接地方式匹配，在大部分地區(qū)可采用高電阻接地方式。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，線路發(fā)生單相接地后的故障電流較小，需要采用小變比、高精度的零序電流互感器。在發(fā)電機(jī)起動但并未并機(jī)到發(fā)電機(jī)母線上時，可配置帶開口三角形繞組的電壓互感器，通過檢測零序電壓判定是否有單相接地故障 出現(xiàn)。

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