變電站用UPS系統(tǒng)淺析

摘要：介紹了變電站用UPS系統(tǒng)的種類，接線。就忻州供電分公司的變電站用UPS系統(tǒng)現(xiàn)狀分析了其運行情況。指出了變電站用UPS系統(tǒng)常見問題，維護注意事項。

關(guān)鍵詞：UPS 運行 維護

0 引言

UPS（Uninterruptible Power Supply）意為不間斷電源系統(tǒng)，它能夠為負(fù)載提供連續(xù)穩(wěn)定的交流電能。近年來變電站均使用綜合自動化系統(tǒng)，采用計算機來監(jiān)視和控制設(shè)備，如計算機失電，將失去監(jiān)控，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運行。因此現(xiàn)變電站均裝有UPS不間斷電源系統(tǒng)，對監(jiān)控計算機進行供電。

1 變電站用UPS的種類

1.1 主從機型。主從機型就是利用兩臺UPS系統(tǒng)，分為主機和從機，將UPS1（從機）輸出連接到UPS2（主機）的備用電源（也有叫旁路電源的），正常運行時由UPS2的輸出交流電供給負(fù)載，當(dāng)UPS2發(fā)生故障時自動切換到UPS1輸出交流電供給負(fù)載。主機正常時100%地承擔(dān)負(fù)載電流，故障時，由從機提供后備電源。由于備用UPS是在主機旁路處處于等待工作狀態(tài)，故稱為熱備份。其UPS1和UPS2的正常工作原理與上面介紹的單機型一致。較早投產(chǎn)220kV綜自變電站使用。

1.2 并機型。并機型就是兩臺UPS系統(tǒng)并列運行，將UPS1輸出和UPS2的輸出并列，正常運行時負(fù)載由兩臺UPS平均分配，當(dāng)其中一臺UPS發(fā)生故障時負(fù)載由另一臺供給。其UPS1和UPS2的正常工作原理與上面介紹的單機型一致。近期投產(chǎn)的220kV綜自變電站使用。

1.3 并機型與主從機型相比，具有的特點。①并機型工作在兩臺均運行互為備用方式，以后也可擴建；而主從機型則只能提供一定程度的冗余，只能從機作為主機的備用，而主機不能作為從機備用。②在并機型運行中，每臺都可以在完全斷電的情況下進行維修而不影響系統(tǒng)的正常運行，真正實現(xiàn)在線維護；而主從機型則不能使其中的1臺在完全斷電的情況下進行維修，特別是主機絕對不能完全斷電，而從機完全斷電時也會使主機處于報警狀態(tài)，此時逆變裝置一旦出現(xiàn)故障，就會造成對負(fù)載的供電中斷。③主從機型中2臺UPS處于主機一從機工作狀態(tài)，當(dāng)主機靜態(tài)開關(guān)發(fā)生故障時，將可能中斷整個系統(tǒng)供電，出現(xiàn)瓶頸故障。而且在市電故障、市電超限時，因UPS封鎖旁路而導(dǎo)致主、從機無法切換，造成熱備份失效。并機型中，2臺UPS的輸出都接在母線上，就不存在該種故障點，提高了運行可靠性。④并機型中，每臺UPS的直流輸入來自一組蓄電池，如變電站用電停電時，UPS所供負(fù)荷由兩組蓄電池共同供電（現(xiàn)主網(wǎng)220kV及以上變電站均配置兩組蓄電池）。而主從機型中，從機長期處于備用狀態(tài)，由主機的直流輸入（一組蓄電池）帶全部負(fù)荷。⑤在并機型中，由于2臺UPS的運行都處于均等的情況，使得每臺的性能都得到充分發(fā)揮；而不像主從機型那樣，主機總帶滿負(fù)載運行，從機總空載運行，空耗電，其平均無故障工作時間偏低。因而，并機型系統(tǒng)有利于提高運行效率。

2 變電站用UPS系統(tǒng)的運行

2.1 UPS系統(tǒng)所供負(fù)荷。正常運行UPS系統(tǒng)所供負(fù)荷不能超過本身的額定容量，特別是雙機型所供負(fù)荷不能超過一臺的額定容量。應(yīng)供給的負(fù)荷有：主控室的后臺機、五防閉鎖裝置、視頻圖像監(jiān)視系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、電度表集抄器。早期投產(chǎn)變電站有部分綜自系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換機為交流電源交換機，如網(wǎng)絡(luò)交換機失電站控層和間隔層通訊將全部中斷，影響嚴(yán)重，其電源必須由UPS供給。另外調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)路由器是否有單獨的UPS供電，如無，其電源必須由站內(nèi)公共UPS供給。

2.2 UPS系統(tǒng)的正常檢查。變電站的UPS系統(tǒng)運行人員必須按照規(guī)定的周期，定期巡視檢查。項目一般有：檢查UPS主機是否在逆變狀態(tài)工作，“市電”“逆變”指示燈正常點亮，“故障”指示燈熄滅，主機LCD液晶顯示屏無故障信息，主機散熱風(fēng)機運行正常。UPS電源柜的交流輸入電壓與此時站用電系統(tǒng)電壓一致，直流輸入電壓與此時直流蓄電池端電壓一致，輸出電壓應(yīng)在218～222V之間（220±1%），輸出電流1KVA小于4.5A、3KVA小于13.6A、5KVA小于22.7A。各輸入和輸出空氣開關(guān)均在合位，維修旁路開關(guān)在分位。檢查屏面整潔無異常聲響和異味，檢查屏內(nèi)各接頭部位有無過熱和松動現(xiàn)象等。

3 變電站用UPS系統(tǒng)的注意事項

3.1 不能長期按照額定功率來運行UPS，適度控制好UPS電源的連接負(fù)載，按照本文2.1條要求進行連接負(fù)載，保證UPS的負(fù)載量不超過其額定功率的85%。

3.2 不要把電感性負(fù)載連接到UPS電源上。由于電感性負(fù)載在接通電源或者斷開電源的一瞬間，會產(chǎn)生振蕩電流，這種電流的峰值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于UPS電源所能承受的電流值，這種振蕩電流很容易引起UPS的瞬時超載，如果超載的次數(shù)很多的話，將會大大縮短UPS電源的使用壽命，甚至導(dǎo)致UPS故障。

某變電站就將主變的有載調(diào)壓電機和斷路器儲能電機等電感性負(fù)載連接到UPS電源上。在一次全站停電檢修中頻繁進行調(diào)壓和斷路器傳動導(dǎo)致UPS電源故障，后臺機失去電源，嚴(yán)重影響綜自系統(tǒng)的檢修調(diào)試和后期送電操作。

3.3 應(yīng)確保與UPS負(fù)載出線使用空氣開關(guān)，下一級同時也盡量使用空氣開關(guān)，空氣開關(guān)的額定電流與負(fù)載相匹配，不宜過大或過小。舊式開關(guān)由于采用的是熔斷式保險絲，就不容易及時切斷故障電源，造成UPS短時嚴(yán)重過載停止運行，甚至燒損UPS。

某變電站后臺機插座短路，結(jié)果分路開關(guān)未跳閘，造成UPS主機停機，幸虧UPS未燒壞，后重啟正常。檢查發(fā)現(xiàn)UPS電源屏的后臺機分路開關(guān)容量過大，并在負(fù)荷端無保護，更換UPS電源屏的后臺機分路開關(guān)和在后臺機插座處加裝空氣開關(guān)。

3.4 運行人員應(yīng)定期對UPS系統(tǒng)進行巡視檢查，巡視項目按照本文2.2條進行。發(fā)現(xiàn)問題和故障及時通知有關(guān)部門，進行及時的處理。

3.5 運行人員應(yīng)定期對UPS系統(tǒng)進行切換試驗。如交、直流的互相切換，旁路的切換，雙機之間的切換等等。在對UPS系統(tǒng)進行切換試驗時，正確對UPS電源進行操作，避免人為操作失誤性故障。UPS電源對操作一定正確，在打開UPS時，應(yīng)先開UPS電源輸入開關(guān)，然后再打開UPS主機的開關(guān)；在關(guān)機時，應(yīng)該先關(guān)閉UPS主機的開關(guān)，然后再斷開輸入開關(guān)。不要頻繁開關(guān)UPS電源。由于頻繁開關(guān)會產(chǎn)生尖端電流，這些電流可能會讓UPS電源內(nèi)部的晶體管的交流保險絲熔斷，從而損壞UPS電源，在開關(guān)之間至少要有6秒鐘以上的時間間隔。變電站運行人員的切換也不宜頻繁進行，每半年進行一次即可。

3.6 蓄電池在UPS電源系統(tǒng)中占有十分重要的地位，據(jù)省電科院統(tǒng)計約有40%-50%以上的UPS電源故障與UPS蓄電池有關(guān)。無論作為UPS故障的起因還是結(jié)果，UPS蓄電池的失效表現(xiàn)為內(nèi)阻增大、端電壓不夠、容量不足或放電電流不滿足帶載啟動要求等。因此在運行和維護UPS電源時，正確認(rèn)識UPS蓄電池，科學(xué)使用UPS蓄電池。UPS系統(tǒng)的直流電由本站蓄電池供電的情況要好一點，因為其蓄電池不光給UPS供電，而且?guī)局绷髫?fù)荷，地位比較重要，平時的巡視、維護都比較到位，并且配置專門的充電機，容量較大至少在100AH以上，220kV及以上變電站均兩組300AH蓄電池，完全滿足瞬間切換時帶載啟動。但也有UPS系統(tǒng)是自帶蓄電池型，這種UPS蓄電池運行和維護要注意：定期檢查電池的端電壓。如果電壓偏低就應(yīng)該使用均衡的恒壓限流充電，若不奏效，只能換新電池。如果當(dāng)?shù)亻L期不停電，必須定期人為中斷供電，使UPS帶負(fù)載放電。因為長期沒斷過電，所以你一直以為它是在正常工作的，而實際上一旦斷電，它只能提供很短的延時甚至根本沒有延時，原因就是蓄電池長期處于浮充的充電狀態(tài)。

4 結(jié)論

總之，在變電站正常運行時，UPS系統(tǒng)是個不起大作用的設(shè)備，是個宜被忽視的環(huán)節(jié)，但在事故情況下特別是全站停電等事故時，它起很大作用。現(xiàn)我們提倡加強應(yīng)急管理，那UPS系統(tǒng)也應(yīng)算一部分，應(yīng)加強變電站UPS系統(tǒng)的巡視維護，確保其時刻處于良好狀態(tài)。

參考文獻：

[1]《電力不間斷電源系統(tǒng)使用手冊》杭州奧能，2009年10月17日.

[2]王鋼，丁茂生，李曉華，趙建倉.UPS供電系統(tǒng)可靠性與經(jīng)濟性綜合研究[J].中國電機工程學(xué)報，2005（12）.

[3]越巍.大機組UPS電源系統(tǒng)設(shè)計、運行及應(yīng)用研究[D].河北：華北電力大學(xué)，2008.

作者簡介：王財（1973-），男，山西河曲人，1999年畢業(yè)于太原電專電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師。