電力專用UPS在熱電廠中的應(yīng)用

孫永民

（哈爾濱市華能集中供熱有限公司，黑龍江 哈爾濱150000）

1 電力UPS的產(chǎn)生

由于計(jì)算機(jī)和各種含有單片機(jī)的保護(hù)測(cè)控裝置構(gòu)成的工業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在電廠的應(yīng)用，提高了電廠保護(hù)測(cè)控的準(zhǔn)確性和可靠性，同時(shí)也因?yàn)橛?jì)算機(jī)自身工作的特點(diǎn)對(duì)供電電源提出了更高的要求：計(jì)算機(jī)內(nèi)存需要不斷地刷新動(dòng)作來(lái)保持存儲(chǔ)內(nèi)容。如果在刷新時(shí)突然斷電，所保存的內(nèi)容立即消失，使自動(dòng)裝置工作出錯(cuò)，控制系統(tǒng)失靈，甚至造成事故；硬盤寫(xiě)信息時(shí)還可能造成硬盤損壞；電腦電源是一種整流電源，過(guò)高的電壓可能會(huì)造成整流器燒毀；而電壓尖脈沖和暫態(tài)過(guò)電壓以及電源雜訊等干擾都可能通過(guò)整流器進(jìn)入主機(jī)板，影響機(jī)器的正常工作，甚至燒毀主機(jī)線路。當(dāng)今電網(wǎng)由于工礦企業(yè)用電量的增加，非線性負(fù)荷越來(lái)越多，這些負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生種種干擾：電涌、高壓尖脈沖、暫態(tài)過(guò)電壓、電壓下陷、電噪聲、頻率偏移、持續(xù)低電壓、市電中斷等，致使電網(wǎng)波形畸變，電噪聲日益嚴(yán)重。在這種情況下UPS產(chǎn)生了。

電廠解決上述問(wèn)題的方法有：一、小型重要自動(dòng)裝置（繼電保護(hù)）可以直接使用直流供電，因?yàn)殡姀S有現(xiàn)成的大容量的直流電源系統(tǒng)，直流充電器有穩(wěn)壓濾波功能，其開(kāi)關(guān)電源部分不需要特殊設(shè)計(jì)即可滿足電源匹配要求。二、PC等大型微機(jī)系統(tǒng)采用電力UPS供電。UPS是交流不停電電源的簡(jiǎn)稱。是發(fā)電廠計(jì)算機(jī)、熱工保護(hù)、監(jiān)控儀表及某些不能中斷供電的重要負(fù)荷不可缺少的供電裝置。

2 電力UPS與一般UPS的區(qū)別

電力UPS與一般UPS的工作原理、輸出特性完全相同，但其具有一般UPS不可替代的功能，主要區(qū)別在于：1）電力UPS與電廠直流系統(tǒng)共用蓄電池，蓄電池的管理維護(hù)由電廠直流系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控，UPS不為電池浮充電，電池容量很大。而一般UPS，需要專用蓄電池，電池容量一般很小，整流器在供逆變能量的同時(shí)要給電池浮充電。2）電力專用UPS的直流輸入端裝有防反二極管，而一般UPS沒(méi)有。3）由于電廠直流系統(tǒng)蓄電池容量較大，在直流開(kāi)關(guān)啟動(dòng)瞬間，電池組產(chǎn)生的浪涌易損壞UPS內(nèi)部元件，同時(shí)也損耗電池壽命，因此在電池和逆變器之間設(shè)有直流緩沖電路，而一般UPS沒(méi)有。4）電廠直流操作電源母線對(duì)地有絕緣要求，因此要求UPS的直流交流輸入相互隔離。一般UPS的交直流輸入是不隔離的，而電力專用UPS的交流輸入端有隔離變壓器。5）電力專用UPS直流輸入范圍考慮了直流操作電源系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，其下限設(shè)定不低于電池放電終止電壓，上限設(shè)定遠(yuǎn)高于電池均充電壓。而常規(guī)UPS的直流輸入范圍通常需要根據(jù)電池重新設(shè)定。6）一般UPS沒(méi)有旁路工作方式。

3 UPS系統(tǒng)的組成及工作方式

UPS由隔離變壓器、可控整流器、逆變器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)等設(shè)備組成，其原理如圖：

3.1 正常工作方式：交流輸入，經(jīng)隔離變壓器變?yōu)橐粋€(gè)合適的電壓供給整流器，可控整流器穩(wěn)壓濾波為直流后送入逆變器，變?yōu)榉€(wěn)頻穩(wěn)壓的工頻交流，經(jīng)隔離變壓器經(jīng)靜態(tài)開(kāi)關(guān)向負(fù)荷供電。

3.2 直流輸入工作方式：當(dāng)UPS的交流輸入電源中斷或整流器發(fā)生故障時(shí)，UPS直流母線電壓低于直流操作母線電壓防反二極管導(dǎo)通，毫無(wú)間斷地繼續(xù)向負(fù)荷提供優(yōu)質(zhì)的可靠的交流電。由于正常工作時(shí)UPS直流母線電壓高于直流操作母線電壓，故正常工作方式時(shí)不消耗操作直流電力。

3.3 旁路輸入工作方式：逆變器輸出頻率和相位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)跟蹤旁路電源，如果逆變器發(fā)生故障，UPS自動(dòng)切換至旁路供電；當(dāng)負(fù)載啟動(dòng)電流過(guò)大時(shí)，UPS也可以自動(dòng)切換旁路供電，過(guò)載消失后，再自動(dòng)恢復(fù)由逆變器供電。

3.4 維修旁路工作方式：當(dāng)UPS要進(jìn)行維修時(shí)，切斷輸出，合上維修旁路開(kāi)關(guān)，即可安全進(jìn)行維修工作。

4 電力UPS的選用

電廠一般選用三進(jìn)單出UPS：三進(jìn)指三相電源進(jìn)入整流器，單出是指逆變器單相輸出。三進(jìn)單出有利于提高UPS對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載的適應(yīng)能力。對(duì)于采用單機(jī)UPS進(jìn)行保護(hù)不能滿足系統(tǒng)的要求，采用N+X并聯(lián)冗余系統(tǒng)可最大限度地保證系統(tǒng)的電力供應(yīng)。一般采用1+1冗余系統(tǒng)即可滿足要求。我廠選用東方電子電力專用UPS屏，運(yùn)行五年安全可靠。

4.1 容量選擇：容量選擇要考慮負(fù)載性質(zhì)（功率因數(shù)、沖擊性等）和將來(lái)可能增加的負(fù)載，并留有相應(yīng)的余量。一般按負(fù)載的1.25倍選UPS容量。

4.2 輸入輸出功率因數(shù)越高越好：UPS電源功率因數(shù)太低用戶必需投資更粗的電纜線及空氣斷路器開(kāi)關(guān)等裝備。此外，UPS輸入功率因數(shù)太低對(duì)電網(wǎng)較為不利

4.3 輸入電壓范圍寬：電壓范圍寬意味著適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性會(huì)提高。選用過(guò)載能力強(qiáng)的，這對(duì)于有沖擊性負(fù)載的場(chǎng)合有利。

4.4 智能化的UPS不但可診斷自身的各種故障，而且可根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合自動(dòng)調(diào)整、設(shè)定相應(yīng)的運(yùn)行模式，以滿足不同的需求。

4.5 專業(yè)化維修保養(yǎng)：在選擇UPS時(shí)，還要考察廠商的綜合實(shí)力，尤其是產(chǎn)品質(zhì)量和售后服務(wù)保證，以保證所購(gòu)電源系統(tǒng)能夠得到長(zhǎng)期而完善的服務(wù)。

5 UPS系統(tǒng)使用注意事項(xiàng)

5.1 UPS主機(jī)對(duì)環(huán)境溫度要求不高，+5℃-40℃均能正常工作，但要求相對(duì)濕度不能過(guò)大，室內(nèi)少塵，否則潮濕加上灰塵附著在電路板上會(huì)引起主機(jī)工作紊亂。

5.2 嚴(yán)禁在滿載時(shí)突然切斷所有負(fù)荷，因?yàn)檫@樣操作容易產(chǎn)生過(guò)電壓（嚴(yán)重時(shí)可能損壞UPS，正確使用方法是關(guān)斷逆變器面板上的開(kāi)關(guān)，或?qū)⒇?fù)載逐個(gè)關(guān)閉。接通負(fù)載時(shí)，要逐一接通負(fù)載，先接通容量大和沖擊性大的負(fù)載，再開(kāi)啟小的負(fù)載。否則可能造成過(guò)載甚至損壞UPS元件。

5.3 正確設(shè)置主機(jī)參數(shù)，這直接關(guān)系到工作的可靠性，尤其是直流輸入?yún)?shù)的設(shè)置。我廠設(shè)置：輸入直流電壓低于180VDC時(shí)逆變器電源將自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)電壓恢復(fù)到200VDC或以上時(shí)，逆變器電源將再次啟動(dòng)。當(dāng)直流電壓高于300VDC時(shí)，逆變電源將過(guò)壓保護(hù)，關(guān)閉交流輸出。

5.4 機(jī)箱的散熱風(fēng)扇是受溫度控制的，剛開(kāi)機(jī)或負(fù)載較輕時(shí)風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)是正常的，只有當(dāng)機(jī)內(nèi)溫度超過(guò)50℃時(shí)才會(huì)工作轉(zhuǎn)動(dòng)。

5.5 蓄電池是UPS的重要組成部分，雖然就電力專用UPS而言，它屬直流系統(tǒng)管控，但當(dāng)UPS直流運(yùn)行方式工作時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)蓄電池放電電流，放電深度的監(jiān)視；平時(shí)要做好電池室溫的控制，因?yàn)樾铍姵貙?duì)室溫要求較高，標(biāo)準(zhǔn)使用溫度是25℃，使用溫度范圍是-15℃-45℃。溫度每升高1℃，其放電容量升高約1%，但電池壽命降低，如果長(zhǎng)時(shí)間高溫運(yùn)行，溫度每升高10℃，電池壽命減半。所謂的免維護(hù)閥控鉛酸蓄電池，主要是減少了加水這項(xiàng)工作而言，并不是真正的完全的免維護(hù)，它的使用也是有條件的。一般是15℃-30℃，設(shè)計(jì)壽命15年，這還是沒(méi)有考慮過(guò)度放電等條件的壽命。由于多種原因，實(shí)際壽命很難達(dá)到設(shè)計(jì)壽命。

6 結(jié)束語(yǔ)

微處理器在工業(yè)上的應(yīng)用使我們工作更輕松，UPS又保證了微處理器的電力穩(wěn)定，然而任何機(jī)器的功能都是有局限的、有壽命的。他們也需要我們來(lái)維護(hù)，來(lái)完善它的功能。所以定期的巡檢，預(yù)防性的維護(hù)是使機(jī)器更好的為我們工作的保證。

[1]周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛(ài)華.UPS應(yīng)用與故障診斷[J].中國(guó)電力出版社,2008.

[2]王其英，何春華.新型UPS工作原理與實(shí)用技術(shù)及選購(gòu)指南[J].人民郵電出版社,2006.