01 前言
1）什么是备自投系统：
备自投系统：即备用电源自动投切系统，当主供电电源出现异常（如掉电或欠压）时，自动切换到备用电源（如第二路市电或柴油发电机），从而保障数据中心关键负载不停电运行。
2）数据中心中哪里会用到备自投系统：
10kV中压备自投系统:常见于园区的配电站到某栋数据楼的10千伏(10kV)供电，需要使用备自投系统。
0.4kV低压备自投系统：楼栋的10kV供电经过变压器后转为0.4kV,也就是我们熟悉的线电压380伏，也需要使用备自投系统。此时备自投系统一般会在UPS、精密空调之前。
应用切换场景：
如双电源自动切换，系统示意参见下图。
馈线逐级投切（如图：F1~F11间隔延时投切合、分）
3）常见实现备自投方式：
继电保护装置
PLC
ATS
相同点&不同点
相同点：三者均可实现主、备电源的切换
不同点：
继电保护装置：通过大量硬接线进行逻辑采样，多适用新建项目，同时内部I/O点有限，实现馈线柜、油机的逐步切换逻辑较难，难以实现分级上、下电，同时不具备冗余备份。
ATS：多使用于市电与市电或者油机电源的切换，控制逻辑简单，并且逻辑编程能力有限，难以将数据中心配电系统纳入逻辑要求中。
PLC：满足复杂逻辑编程，具备冗余备份、HMI界面可视化呈现，与配电系统（中、低压柜）二次接线简单，可满足中、低压自投整体配合需求，同时，还可对中&低压多个馈线开关控制.逐级延时控制断路器的分、合，以减轻对市电、柴发的突加负载冲击。
02 项目背景：10kV投切系统稳定性不足，急需升级改造
随着数据中心对供电连续性与系统可视化要求的不断提升，10kV备自投系统的可靠性、灵活性和可维护性已成为用户关注的重点。本次项目位于某大型数据中心园区，供电系统为两路10kV市电、两个柴油发电机并机柜、母联柜结构，通过PLC自动投切系统保障关键负载的持续运行。
▲ 10kV供电架构示意图
原投切系统使用的是专用投切控制器，在运行多年后逐步暴露出以下问题：
依赖原厂商，控制逻辑封闭，难以快速响应改动,亦非市面主流产品,难以满足备件供应需求。
系统频繁报警，影响了供电可靠性。
缺乏本地维护界面。
▲ 原投切系统控制柜
因此客户决定对整个备自投系统进行全面升级改造，目标在不改变高压主接线结构进行在线升级，提升系统的稳定性、智能性与可维护性。
03 改造目标：构建可靠、开放、可视化的投切平台
本次改造采用西门子S7-1500冗余PLC系统，本地结合触摸屏，同时通过北向接口将数据传输至电力监控系统、动环系统，通过标准工业总线实现全站信息采集与控制逻辑执行。改造设计的核心技术要求如下：
高可靠性：信号采集双通道,控制器双冗余,满足GB50174 A级数据中心规范。
系统开放性：使用市面通用控制器,投切逻辑可自定义，适配不同运行模式与现场工况, 同时方便未来扩展储能接入、云平台对接。
提升运维可视化能力：实现全流程投切状态可视、日志追溯,本地与远程维护。
04 改造设计方案
1）系统架构概览
▲ 系统架构图
采集和执行层：双IO分站采集信号.形成信号采集冗余系统,避免单点故障.通过PLC的高速数字量输入模块采集关键开关（主进线、备用进线、母联）的分合闸状态；通过电压,电流检测模块实时判断主、备电源的电压状态（是否正常、有压/失压）；通过数字输出模块控制断路器分合动作（驱动分合闸线圈或控制中间继电器），并发出分合闸信号,油机启停信号等控制信号
控制层：设置1主1备冗余系统.所有信号由PLC统一采集、处理与联动.PLC同时也具备断电保护与故障报警功能。
管理层：通过Modbus TCP实现与管理层（如动环平台、电力监控平台）通讯，上传状态、告警与投切日志,并提供web可视化服务。
2）控制逻辑核心
正常逻辑：两个主变进线处于合位，母联分位，1#、2#中压ATS处于市电电源侧。
1#单路主进线失电：1#ATS不动作，系统分1#市电进线、逐次分本段馈线柜；分完后，延时合母联柜，母联合闸完成后，逐次合本段馈线。（时间可设置,2#市电同）。
两路市电均掉电时：启动柴发同步程序，自动投入。
来电复归策略：具备“手动复归”与“自动复归”两种逻辑；手动复归:由运维人员自行恢复,自动复归逻辑下:电源恢复正常时，逐次分I段馈线后分母联柜，完成后，延时合1#市电进线，逐次合I段馈线。
闭锁机制：保护启动或跳闸信号、就地/手动信号闭锁、母联超时闭锁等。
一键启停：当系统出现故障，能一键实现设备启动与停止。
05 专业实施过程：发现并解决原系统隐患
本次属于在线改造，原位替换控制柜，利旧原信号线缆，涉及配电系统、自控、弱电等多个专业。改造施工专业性要求极高，专业面广。因此整个改造过程，对专业性要求极高。
整个改造过程较复杂，文章篇幅所限，提炼其注意事项，总结如下:
1）改造前
熟悉原系统图纸，接线标识,接线资料视频/相片存档等内容
对电流端子进行短接接地，防止CT开路
所有开关柜的远方/就地转换开关打入就地状态，防止设备误动作
断开所有控制线，预防设备误动作
2）改造中
改造中拆除原设备的线缆以及新控制柜的就位，上电等工作，需要保证对设备，人员安全
3）调试以及验证阶段
与客户的确认投切逻辑，并在实施前进行仿真测试
PLC单点测试，确保接线与IO表一致
投切逻辑仿真测试
系统整体联调&第三方系统测试
在现场实施过程中，项目团队发现原投切系统存在接线安全隐患：
原控制柜中错误引了DC 110V操作电源,导致多处干接点信号带电
部分控制线缆无隔离、无编号、接线错误，容易造成误动作与触电风险
这也是原投切系统存在频繁误告警，甚至投切不成功的根源！
06 系统优势体现：高可靠 + 高智能 + 高可维护
1）灵活控制逻辑
客户可根据实际运行方式，选择备投顺序、切换条件、闭锁优先级等参数。
可通过触摸屏实时查看、手动操作、远程调整。
2）通用性强，备件无忧
可对接各类10kV断路器、保护装置（包括ABB、施耐德、南瑞、许继等）。
采用西门子PLC主流产品,市场保有量大,编程技术通用性强。
3）通信开放性
具备二次开发接口，支持Modbus TCP、IEC104、OPC UA等多种通信协议, 可被AI平台、客户自有系统集成。
已接入现场电力监控系统，投切状态、电源参数实时上传。
4）冗余与安全性
双冗余CPU实时热备，通信与电源也双冗余配置。
信号采集双通道输入，防止误报与单点失效。
控制命令具备多级互锁与软件防抖，保证投切指令唯一性与正确性。
4）智能运维与记录功能
触摸屏支持手动测试、自检、日志导出、远程维护。
用户可自定义投切策略并远程下装更新逻辑。
▲ 本地显示
▲ 远端界面
07 总结：PLC控制，让备自投系统重焕新生
通过本次改造，西门子S7-1500冗余PLC系统不仅解决了原有投切系统在逻辑封闭、故障频发、无本地显示等方面的痛点，更将备自投系统提升到了一个 “灵活、可靠、智能、开放”的全新高度系统,改造完成后：
原系统频繁误报、频繁故障的问题彻底消除；
控制逻辑一目了然，运维人员可自行判断投切条件与动作结果；
远程维护与升级能力提升，不再依赖厂商长期驻场支持；
系统更易扩展。
我们相信，随着数据中心和关键基础设施对供电稳定性的持续提升要求，基于PLC平台构建的智能备自投系统将成为未来主流，真正实现“看得见、控得住、管得稳”的配电新时代。
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