智算中心供电设计新范式：备自投+逐级投切，从被动抢修到主动自愈

安科瑞 王晶淼 咨询家：Acrel-wjm

1 概述

安康智算产业园是陕西省人工智能产业三大聚集区之一，项目被列入省工信厅2024—2026年人工智能发展规划，定位为全省智算三大供给侧之一，将依托智算产业园推动算力与交通装备、消费电子等产业融合，培育全产业链生态，助力全市数字经济高质量发展。

本期为10kV人工智能高密度机房一期工程，针对智算负荷高可靠、高密度的供电需求，采用“两路市电+两路柴发+母联互联”的单母线分段供电系统。两路独立10kV市电为主供电源，两路柴油发电机为应急后备，进线间通过母联开关互联互备。I、II段母线正常分列运行，故障时通过母联开关实现负荷转供，确保单段母线检修或失电时另一段仍可带载。每段母线带5台10/0.4kV干式变压器，共10台，为高密度机柜、制冷设备、照明及辅助系统提供分级配电。

2 供电需求分析

本项目需采用备自投保护+逐级投切，原因如下：

算力任务不可中断：AI模型训练周期长，断电会造成资源浪费、时间成本增加及重大经济损失，需自动投切备用电源保障供电连续性。

机柜功率密度高：若电源切换后一次性投入全部负载，会产生大冲击电流和电压骤降，引发二次跳闸甚至损坏设备。需按预设顺序分批投入负载，控制冲击电流。

业务连续性要求高：客户涵盖人工智能企业、科研机构、智能制造企业等，要求电源切换迅速且负载投切无冲击，备自投保障切换速度，逐级投切保障恢复平稳。

柴发带载能力有限：柴油发电机启动时间长（10~30s），带载能力逐步提升，一次性加载全部负载会导致过载停机。需根据柴发实际带载能力分批次投入负载。

供电架构复杂：本项目采用“两路市电进线+母联+两路柴发进线”的单母线分段架构，衍生出单/双路失电、恢复、柴发协同等多种工况，各工况下开关动作顺序、延时、互锁逻辑不同，要求备自投系统具备高度逻辑处理能力，确保全场景可靠有序运行。

3 产品方案

3.1 10kV备自投+逐级投切方案

图1 备自投一次图

本方案采用1台AM5-B实现备自投切换，2台AM5-F实现逐级投切，采集两路市电进线电压电流、两路柴发进线电压及7处断路器状态。

正常运行：1Q1、2Q1合闸，1Q7分闸，两段母线分列运行。

1）进线1失电

AM5-B延时跳开1Q1，I段AM5-F延时跳开I段负载（负载全分位），AM5-B延时合1Q7，I段有压后，I段AM5-F逐级合上I段负载。

① 进线1恢复：AM5-B延时跳1Q7，I段AM5-F延时跳I段负载，AM5-B延时合1Q1，I段有压后逐级合负载。

② 进线2失电：AM5-B延时跳1Q7、2Q1，柴发自启动，U4/U5有压后AM5-B延时合1Q2、2Q2；I、II段AM5-F先跳负载，待对应进线合闸且有压后逐级合负载。

2）进线2失电

AM5-B延时跳2Q1，II段AM5-F延时跳II段负载，AM5-B延时合1Q7，II段有压后逐级合负载。

① 进线2恢复：AM5-B延时跳1Q7，II段AM5-F延时跳II段负载，AM5-B延时合2Q1，II段有压后逐级合负载。

② 进线1失电：AM5-B延时跳1Q7、1Q1，柴发自启动，AM5-B延时合1Q2、2Q2；I、II段AM5-F先跳负载，待对应进线合闸且有压后逐级合负载。

3）进线1和进线2同时失电

AM5-B延时跳1Q1、2Q1，柴发自启动，AM5-B延时合1Q2、2Q2；I、II段AM5-F先跳负载，待进线合闸且有压后逐级合负载。

来电恢复：

仅进线1来电：AM5-B延时跳1Q2、2Q2，合1Q1；I段AM5-F跳负载后逐级合I段负载；AM5-B合1Q7，II段AM5-F逐级合II段负载。

仅进线2来电：AM5-B延时跳1Q2、2Q2，合2Q1；II段AM5-F跳负载后逐级合II段负载；AM5-B合1Q7，I段AM5-F逐级合I段负载。

双路来电：AM5-B延时跳1Q2、2Q2，合1Q1、2Q1；I、II段AM5-F分别跳负载后逐级合负载。

3.2 10kV各回路保护配置

本期10kV回路采用AM5SE及AM5系列微机保护测控装置，实现供电系统保护。（图2、图3为柴发并机接线图及10kV接线图）

图2 柴发并机接线图及上图方案

图3 10kV接线图及上图方案

3.3 0.4kV低压备自投方案

0.4kV侧配置AM5-DB低压备自投装置，实现母联备自投：

正常：母联分闸，两路进线合闸，分列运行。

任一段母线失电：装置检测到无压无流，跳开对应进线，合上母联，由另一路进线带两段母线运行。

失电进线恢复：装置自动跳开母联，合上原进线，恢复分列运行。

图4 低压备自投上图方案

项目整体微机保护测控装置主要功能如下：

4 现场应用

本项目微机保护就地分散安装于各开关柜，现场安装如图5所示，保护功能已验证完毕，目前正常运行。

图5 现场安装图片

5 结语

安康智算产业园作为区域算力枢纽，供电可靠性与稳定性直接影响算力任务连续运行及数据安全。本文从项目实际需求出发，分析了智算负荷对供电连续性的要求，阐述了备自投与逐级投切技术的应用必要性。基于AM5系列装置构建的备自投与逐级投切控制系统，有效应对了高密度机柜冲击电流、柴发带载能力弱、供电架构复杂等挑战，实现了从故障到负载恢复的全自动、逐级、小冲击控制。整体方案为智算产业园的高可靠供电提供了切实可行的技术解决方案。


审核编辑 黄宇