封闭式静音发电机作为数据中心的后备电源，对数据中心的不间断运行至关重。本文引荐了隔音箱发电机装置的电气保护种类、机理及整定途径，然后结合某参数中心工程介绍了其差动保护和单相接地保护的配置方法，以供其他类似项目参考。

　　大型数据中心由双重电源供电，并设置后备全密封静音发电机作为后备电源，保证数据中心在电网停电情况下不间断运转。目前大型参数中心的容量多在数千瓦以上，需要配置1个甚至多个静音柴油发电机供电装置才能满足以上需求，每个系统由数台中压全密封静音发电机构造并机系统供电。由此可知，参数中心低噪音发电机系统规模庞大，投资甚高，为了保证参数中心的连续运转及发电机系统自身的安全，需要具有完善的电气保护配置。本文以某数据中心为例，推荐了适用参数中心安静型发电机供电系统的电气保护措施及配置[1-4]。

　　中压拖车式发电机供电系统由以下部分构造：户外型静音发电机组、发电机控制器、交流发电机、发电机出口开关柜、接地电阻柜、PT柜及出线柜等。每个供电系统的拖车式发电机的数量根据“N+1”原则（N台的总容量满足负荷需求，另1台作为后备）确定，保证负载具体是IT装置、中压冷冻水空调主机及末端空调风机。装置一次主接线 发电机供电装置结构图

　　某数据中心每个发电机供电装置由4台2200kW的中压发电机构造，为后端8台变压器和2套冷水空调机组供电。

　　目前，民用及工业项目中使用的户外型静音发电机以低压挂车电站式发电机为主，用途为应急电源，其价格偏低；而大型数据中心的方舱式静音发电机以中压拖车式发电机为主，功能为备载电源，且以多台降噪型发电机并机运行的方式运行，系统复杂、价格昂贵。以上特性决定了后者需要更加完善的电气保护办法。与低压静音发电机组相比，中压隔音箱发电机组的电气保护具有以下特征：

　　1）机组配置的控制系统、探头功用强大，具备交流电压较高/较低停机、低频停机、超频停机/告警、逆容量停机和逆无功功率停机等用途，发电机组内部出现某些故障时基本上可由自身的操作界面监测并进行保护。

　　3）我国的低压市电配电装置以TN系统为主，因此低压静音发电机组多采用中性点直接接地的方式；我国的中压市电配电装置多为非直接接地装置，各厂家的安静型发电机对单相接地损坏电流有各自的限值要求，因此中压发电机装置不采用中性点直接接地的方式，由此造成发电机单相接地时的损坏电流较小，在工程设计中需要采用适当的单相接地保护措施限制这一故障。

　　纵联差动保护反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路损坏，其中相间短路对发电机的损害最大，差动保护可作为发电机内部相间短路故障的主保护。

　　考虑到实际运行中存在穿越电流、不平衡电流随外部短路电流增大和电流互感器饱和等因素，实际应用中，多选取具有比率制动特征的纵联差动保护。比率制动式纵联差动保护的动作电流随制动电流变化，保证外部短路损坏不误动的同时又对内部短路损坏有很高的灵敏度。图2为发电机纵联差动保护的接线图，规定一次电流流入发电机为正方向。

　　op、Iop.0分别为差动保护的动作电流和最小动作电流；Ires.0、Ires.1为第一拐点和第二拐点制动电流；K1、K2为第一拐点和第二拐点比率制动系数。保护设备依次按相判别，当满足式（3）中任一个条件时，比率差动保护会动作。

　　unb也随之增大，采用二折线比率制动特性后，在电网流区域增大制动系数（制动斜率），能减小保护误动的概率。图3 比率制动差动保护的动作特性曲线 差动保护的整定

　　op.0=（0.15～0.30In），在微机保护中通常整定为0.20In（发电机额定电流）。从图3中可以看出，当拐点电流确定后，折线的斜率越大，保护动作区越小，制动区越大；反之亦然。在工程计算中，通常为安全可靠，取K1= 0.3～0.5；

　　2=0.5～0.7。当发电机内部产生严重损坏时，保护应立即动作于跳闸，该保护没有电气制动量，这种保护叫做差动速断保护。它的动作因素是任一相差动电流大于差动速断整定值Iop.max，速断整定值需要躲过发电机出口短路时的最大差流，可取

　　op.max=(4～6)In，其中In为发电机额定电流。2.3 调试结果及问题解决1）保护定值设置某数据中心的单个发电机供电系统由4台2200kW的中压机组供电，供电装置组成如图1所示，发电机组的参数见表1。

　　设备装配完毕后，完成保护参数设定，并完成各子装置的初步测试后，对整个发电机-电网-二级配电系统进行了联调联试；由于初期负荷很小，只需投运2台发电机、4台变压器，故而还进行了部分装置的联调联试。在部分系统的联调联试步骤中，当完成各机组逐台起动-并联后，空载投入变压器时产生1台发电机出口断路器跳闸的状况。2）误动分析检查差动保护器的记录，发现动作原由为差动保护动作，探求联调联试办法后发现跳闸的缘由在于：发电机并列成功后，大电母线kVA变压器几乎同时空载合闸，短时间内产生了很大的励磁涌流。虽然发电机出口的电流互感器（发电机厂家配套）与中性点互感器（开关柜厂家配套）变比相同，但磁特征不一致，如铁心材料、响应比、饱和曲线等。在励磁涌流（具体成分为二次谐波）的用途下，差动回路上会发生严重的差动回路不平衡电流，差动电流/制动电流进入动作区，使差动保护器误动作。

　　为了使保护不误动作，可以调整差动速断动作电流，使其躲过多台变压器合闸的励磁涌流。由于单台变压器的励磁涌流达3～6倍变压器额定电流

　　NT，假设励磁涌流均分到2台发电机上，每台发电机承受约6～12倍INT，而发电机的最大外部短路电流也仅为6.6倍INT，因此采用这种办法将严重影响差动速断保护的保护范围和灵敏性。3）处理方法变压器差动保护受励磁涌流影响的讨论已经比较深入、成熟，通过闭锁二次谐波可以大大降低误动的概率。其中，二次谐波制动是目前运用比较广泛的一种技术。二次谐波制动的机理是差动电流超过设定值的情形下，采用三相差动电流中二次谐波与基波的比值作为励磁涌流闭锁判据，即：

　　2bI1。其中I2为每相差动电流中的二次谐波，I1为对应相的差流基波，K2b为二次谐波制动系数整定值。当I2与I1的比值大于K2b时，可靠制动差动保护；当I2与I1的比值等于或小于K2b时，差动保护动作。K2b的值一般设置在15%～20%之间。在综合比较各种对策的优弊端后，甲方重新采购了具有二次谐波制动用途的差动保护装置。此外，若变压器同时合闸，理论上有可能触发差动保护的速断保护，因此必须设置变压器为逐台投入，降低励磁涌流。完善保护方案及变压器投入手段后，空载投入变压器时发电机出口断路器跳闸的现象不再发生。3 单相接地保护3.1 接地方式

　　单相接地时电力系统中出现频率最高的接地故障，单相接地保护方式与发电机组的接地方式密切相关。而中性点接地方式的选用是一个复杂的综合性问题，它涉及数据中心的安全性、可靠性、连续性、系统过电压水平、装备绝缘水平、单相接地电容电流对设备的故障程度等许多方面。对于数据中心内的10kV电压等级，具体可从供电连续性、与大电接地方式是否匹配、设备投资和对通信的影响等方面分析。

　　如果赋予表3中各项相同的权重，可以看出不接地和高电阻接地方式的优势较多，适用在参数中心中使用。其中高阻接地是目前参数中心带隔音罩发电机使用较多的接地方式。根据厂家要求，单相接地故障电流应限制在200A以内，不接地和高电阻接地方式都满足这一要求。综合各种要素考虑，本工程选取高电阻接地办法。本工程单个发电机供电装置的4台发电机采用共用接地电阻，通过各自的真空接触器控制接地电阻的投入或者切除。

　　在（1）阶段，每台发电机单独运转，每台发电机的出口配置了带开口三角形绕组的电压互感器，通过互感器测量机端零序电压，检查是否有单相接地故障，若某机组的互感器反应出故障信号，则该机组退出并车步骤，出口断路器跳闸，发电机停机、灭磁。

　　在（2）阶段，一般可采样零序电压或者零序电流来预判是否产生单相接地故障，若采用零序电流判据，可发现发生单相接地故障的线路，接地信号功用于接地线路上发电机的出口断路器跳闸、发电机停机、灭磁。零序电流保护的原理是当发生单相接地时，流过损坏线路的零序电流等于全装置非故障原件对地电容电流的总和。

　　本项目的10kV电缆包含8条至变压器的电缆，2条至高压冷冻水机组的电缆，总长约1.8km，截面120mm

　　为0.57～0.83A。根据文献[6]中的数据及计算步骤，假设某条150m线路产生单相接地损坏，此时单相接地损坏电流约为6.26A。为限值间歇性弧光接地过电压和谐振过电压，接地电阻取为

　　0=XC/3，约887W。此时IR/IC=3，弧光接地过电压和谐振过电压可低于2.5倍[7]，单相接地故障电流ID=9.66A。按躲过被保护线路电容电流要素，计算线路零序电流保护定值为（4）式中：K

　　为损坏线路的容性电流；ID为单相接地损坏电流；Ksen为零序保护的灵敏度系数。将之前得到的参数代入式（4）可得，Iact=2.8A，K

　　=3.4＞2，满足规范[5]中的灵敏度要求。由于本工程的损坏电流及容性电流都过低，应选购高精度、小变比的零序电流互感器，以降低误动的可能。4 结论预制舱式静音发电机是数据中心的备用电源，而且价格较为昂贵，通过电气保护步骤保证其安全运行是电气设计中的一项重要作业。数据中心的中压低噪音发电机与配电变压器的电气距离很近，且变压器装机容量2倍于发电机功率，因此需要采取必要的对策防范配电变压器空载合闸时导致差动保护误动作：一方面可逐台投入配电变压器，尽量减少励磁涌流；另一方面可采用二次谐波制动等判据，提升差动保护躲过励磁涌流的能力。

　　数据中心的拖车式发电机的接地方式需要与市电装置的接地方式匹配，在大部分地区可采用高电阻接地方式。发电机正常运转时，线路发生单相接地后的故障电流较小，需要采用小变比、高精度的零序电流互感器。在发电机起动但并未并机到发电机母线上时，可配置带开口三角形绕组的电压互感器，通过检测零序电压判定是否有单相接地故障 出现。

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