220 kV變電站UPS電源系統改造實踐

孫 君

（廣東電網公司梅州供電局，廣東 梅州 514011)

交流不間斷電源系統(uninterruptible power system，以下簡稱UPS)是一種在設備遇到非計劃停電時能夠緊急取代外接電源，保持穩定、不間斷和高品質電力供應的成熟可靠的電源系統，是調度及變電站自動化系統的關鍵電源設備。

UPS電源系統的可靠性不僅取決于產品本身質量的好壞，還取決于其接線方式是否合理。某220 kV變電站UPS電源系統原來采用雙機主從串聯、互為備用的運行接線方式。隨著變電站內設備的更新和完善，該系統已不能完全滿足安全運行的需求，也不符合新的技術規范的要求，需要對其進行改造。

1 運行現狀

改造前，該變電站配置2臺南京恒達奧克科技有限責任公司生產的RB-5000AP型UPS電源，采用雙機主從串聯、互為備用的接線方式，共輸出16路220 V交流饋線回路，如圖1所示。

1.1 工作原理

正常運行時，UPS主機處于運行帶負載狀態，UPS從機作為備份機不帶負載。當交流電源Ⅰ(Z11)失電時，UPS主機自動無延時轉為直流電源Ⅰ(Z12)供電。若UPS主機發生交直流輸入同時失電，則自動無延時轉為內部旁路回路供電狀態，此時負載由UPS從機負擔。若主、從機同時故障退出運行，則可以手動切換至旁路回路供電狀態。

1.2 運行風險分析

主機的負荷主要是變電站自動化系統工程師站和操作員站、1號調度數據網交換機、“五防”工作站、1號城域網交換機和電度采集裝置等。其中，變電站自動化系統工程師站和操作員站等為單電源冗余配置，其余為單電源非冗余配置。

當饋電母線或輸出開關Z14故障時，都會導致所有負荷失電，從而失去設備雙重配置的意義。主、從機同時故障時，需要手動切換旁路回路進行供電，不滿足調度及變電站自動化系統電源不能中斷的要求。

圖1 主從機并聯接線原理

投運初期，設備還不完善，UPS系統采用這種接線方式有其一定的經濟性和合理性。但是隨著時間推移，該變電站內逐步配置了2號調度數據網交換機、2號城域網交換機、環境監控裝置、調度數據網縱向認證裝置、火災報警系統與門禁系統等設備，對UPS系統可靠性的要求提高，因此需要對原有的UPS系統進行改造。

2 改造方案

2.1 接線方式的要求

根據《廣東電網公司調度及變電站自動化系統用交流不間斷電源系統技術規范(2009版)》(以下簡稱《技術規范》)，接線方式有如下要求：

(1)對于220 kV變電站的UPS宜采用雙機雙母線帶母聯運行接線方式，母聯開關應具有防止2段母線帶電時閉合母聯開關的防誤操作措施(可采用加鎖等方式)，手動旁路開關應具有防誤操作的閉鎖措施；

(2)由UPS電源供電的設備應遵循負載均分原則，雙電源供電的設備應分別取自UPS電源系統的2段輸出母線，單電源冗余配置的設備應分別接到UPS電源輸出的2段母線上；

(3)由UPS電源系統供電的所有設備應采用1路饋線開關對應1臺設備的方式，且該路饋線開關不得與其他設備公用。

2.2 改造方案1

按照《技術規范》的要求，在不動原來屏體的基礎上，拆除2臺機之間的并機線和備份輸入線，并且將UPS主機的并機接線端子JP1，JP2短接(UPS從機JP1，JP2接線端子已短接)恢復其單機工作狀態。在主機屏加裝1個母聯開關Z15，作為2臺UPS饋電母線之間的聯絡開關，從而把主從串聯、互為備用的運行系統改為雙機雙母線帶母聯的運行系統，如圖2所示。

圖2 方案1接線原理

方案1滿足《技術規范》中220 kV變電站的UPS接線要求。正常運行時，母聯開關Z15斷開，2臺UPS帶各自負載運行。若其中1臺UPS需要檢修或者維護退出運行時，可以合上母聯開關Z15為停電UPS所帶的饋電母線供電，從而提高了系統運行可靠性。但若此時停電UPS所帶的饋電母線發生故障，母聯開關恰好拒動，就會使運行UPS的交流輸出開關跳閘，造成全部停電的事故。

2.3 改造方案2

為了克服方案1的不足，在從機屏加裝母聯開關Z25，與原母聯開關Z15串聯，如圖3所示。

圖3 方案2接線原理

由于2個母聯開關同時拒動的情況極少，可以忽略不計，這樣當一個母聯開關拒動時，另一個母聯開關可以動作跳閘，從而最大限度減少停電范圍。因此，方案2的可靠性比方案1更高。但是，若此時運行UPS所帶的饋電母線發生故障，2個母聯開關同樣不起作用，這樣還是會造成交流輸出開關跳閘，造成全部停電的事故。

2.4 改造方案3

為了進一步克服方案2的不足，在UPS2屏中增設了手動旁路回路，如圖4所示。這樣即使運行UPS所帶的饋電母線發生故障而造成全部停電的事故，此時仍可以快速斷開母聯開關，合上停電UPS的旁路開關向停電的饋電母線供電，從而減少停電范圍。

由此可見，方案3采用直接冗余并機供電的方式，克服了串聯型熱備份冗余系統的一些缺點，可最大限度地提高UPS的可靠性，實現不停電維護。其接線方式簡單經濟，是適合本次改造工程的最佳方案。

圖4 方案3接線原理

3 改造施工

3.1 施工前準備

施工前需要從人員、設備、資料和安全措施方面做好相應的準備。

(1) 人員方面。由工作經驗豐富、技術水平較高的人員擔任工作負責人，其他人員配合工作。

(2) 設備方面。向物流部門申請，購買適量的電纜、絕緣膠布和空氣開關。要求空氣開關容量不小于40 A/250 V AC。

(3) 資料方面。繪制好接線圖紙，做好負荷分配計算。對于環境監控裝置、調度數據網縱向認證裝置等雙電源設備，其雙路電源應分別接到UPS電源輸出的2段母線上；對于變電站自動化系統工程師站和操作員站、調度數據網交換機、城域網交換機等單電源冗余配置的設備，其2臺設備也應當分別接到UPS電源輸出的2段母線上；對于火災報警系統、“五防”工作站、門禁系統、電度采集裝置等單電源非冗余配置的設備，應根據負載均分原則接到UPS電源輸出的2段母線的其中一段上。

(4) 安全措施方面。此次改造施工中最大的危險點在于誤碰運行中的設備而造成交直流短路，因此需要填寫第二種工作票，做好安全交底和危險點分析工作，確保施工順利進行。

3.2 改造施工過程

3.2.1 從機屏改造

因從機屏沒帶負荷，可以對其進行停電改造。

(1) 斷開交流輸出Ⅱ開關Z24，再關閉UPS從機裝置，然后斷開交流輸入Ⅱ開關Z21和直流輸入開關Z22。

(2) 解開交流輸出Ⅱ開關Z24至UPS主屏的接線和并機線，并用絕緣膠布包好。

(3) 將交流輸出Ⅱ開關Z24改接至饋電母線Ⅱ，在屏內加裝手動旁路輸入Ⅱ開關Z23。

(4) 在屏內加裝母聯開關Z25，通過新布線將母聯開關Z25上端與饋電母線Ⅱ相連。

(5) 與關機相反的順序恢復UPS2(原UPS從機)帶電運行，對UPS2的切換功能進行測試。

3.2.2 UPS主機屏改造

因UPS主機屏帶負荷，對其實施帶電改造。(1) 合上手動旁路輸入Ⅰ開關Z13，將負荷轉為手動旁路回路供電，檢查確認負荷切換正常。

(2) 斷開交流輸出Ⅰ開關Z14，再關閉UPS主機裝置，然后再斷開交流輸入Ⅰ開關Z11和直流輸入Ⅰ開關Z12。

(3) 解開備份輸入接線和并機線，用絕緣膠布包好后慢慢拆除，然后將并機接線端子JP1，JP2用短接線短接。

(4) 在屏內加裝母聯開關Z15，通過新布線將母聯開關Z15上端與饋電母線Ⅰ相連。

(5) 按照與關機相反的順序恢復UPS1(原UPS主機)帶載運行，斷開手動旁路開關Z13，對UPS1的切換功能進行測試。

3.2.3 兩屏間接線

兩屏有饋電母線之間的接線，因此必須要做好母線間L線和N線的核對工作。

(1) 從UPS1屏將母聯開關Z15(斷開狀態)下端通過新布線連接至UPS2屏的母聯開關Z25(斷開狀態)下端，暫不接入。

(2) 合上母聯開關Z15，Z25，用萬用表分別測量母聯開關Z25下端以及新布線，甄別出各自的L線和N線并做好標記。

(3) 斷開2個母聯開關，再按照標記將對應的L線和N線接好；打印“禁止合閘”標簽將母聯開關和旁路開關封好，以免誤操作。

3.2.4 轉移負載

上述工作結束后，雙機雙母線帶母聯接線方式已改造完成，開始轉移負載。需要注意的是，開工前設備需先關機，然后才能轉接電源線，因此應該先征得涉及停電設備管理部門的同意。

(1) 經過測算，所有需要轉移的電源線在施工時預留的電纜長度都足夠改接至UPS2屏，無需重新布線。

(2) 為減少上述自動化設備的停電時間，應在停電前先完成解開電纜扎線、打開封堵和電纜蓋板等準備工作。

(3) 將變電站自動化系統工程師站II和操作員站II、 2號城域網交換機和2號調度數據網交換機關機，再將UPS1屏的電源線改接至UPS2屏。改接完成后立即開機，恢復其工作狀態。

(4) 按上述方法將原屏環境監控裝置、調度數據網縱向認證裝置等雙電源設備逐個轉接至UPS2屏，轉接完一個馬上恢復送電，然后再轉接下一個。

(5) 按照負荷均分的原則，將火災報警系統、門禁系統電源轉接至UPS2屏，原“五防”工作站和電度采集裝置電源保持不變。

(6) 所有工作完成后，應用帶絕緣的清掃工具進行清掃，注意和帶電部分保持足夠的安全距離，避免誤碰設備元件而造成短路和開路。

1 GB 26860-2011電業安全工作規程(發電廠和變電站電氣部分)[S].

2 Q/CSG 10004-2004電氣工作票技術規范(發電、變電部分)[S].