水電廠UPS系統改造與優化探討

摘要：隨著水電廠自動控制水平的不斷提高，UPS系統安全、可靠運行的重要性就越來越明顯。文章介紹了惠州蓄能水電廠廠房內原UPS系統的組成、運行方式，并根據該廠實際情況和原UPS系統所存在的風險和不足進行討論，對UPS系統的改造和優化進行了分析。

關鍵詞：水電廠；UPS系統；自動控制；交流不停電系統；廠用電 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV74 文章編號：1009-2374（2015）19-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.020

UPS交流不停電系統是保障水電廠計算機監控、安全保護、電網自動化調度等系統穩定、可靠運行的重要設備，可為水電廠各重要系統提供不間斷、高質量、穩定可靠的電源，是水電廠正常運行、安全生產的基礎。如果廠用電交流電源中斷，同時UPS系統不能可靠運行，提供后備電源，那么電廠監控、控制、調節、應急照明等系統將不能正常工作，保護系統不能發揮作用，往往會引起安全事件、事故，造成較大的損失。

1 UPS系統介紹

1.1 UPS系統概況

圖1 原UPS系統示意圖

惠州蓄能水電廠廠房內UPS系統主要由充電器、逆變器、蓄電池、靜態開關、輸入回路防雷措施、饋電系統設備（含負荷母線、負荷總開關、負荷空開、指示燈、跳閘輔助觸點等）、加熱照明設備等組成。配有兩套充電整流裝置，公用一組蓄電池組，每套整流器配有兩路交流電源。其系統示意圖如圖1所示。

1.2 UPS系統的運行方式

1.2.1 正常運行方式。兩套充電裝置和逆變裝置同時工作，切換開關-Q21的A和C同時合上，而B斷開，旁路電源通過-Q21的A和C及-V21構成跟蹤回路。

1.2.2 異常運行方式。（1）在主用交流電源丟失的情況下，UPS電源由蓄電池逆變供電；（2）在交流電源正常的情況下，如果兩路逆變均出現故障停止工作，則由旁路電源供電；（3）在UPS檢修期間，可以通過將-Q21的位置旋鈕切到“Maintenance”位置，由旁路供電。

1.3 UPS系統風險分析

采用單母線輸出，所有負荷均接到同一段母線上，由交流輸出總開關-Q24輸出，如果-Q24開關由于本身的機械故障跳開且無法合閘，將導致所有依賴UPS系統供電的交流負荷供電中斷。在交流電源丟失的情況下，如果蓄電池組供電開關-Q5跳開，也將導致所有依賴UPS系統供電的交流負荷供電中斷，引發一系列后果：（1）導致機組轉子一點接地保護電源發生裝置-A32丟失，勵磁系統二級故障，如果機組處于運行狀態，將引發機組電氣跳機。如果同一廠房四臺機組均處于運行狀態，四臺機組會同時電氣跳機甩負荷，對上游水道會產生不可預見的后果；（2）導致機組LCU備用PCX失電，單PCX運行，同時溫度采集裝置失電，機組處于無溫度保護運行狀態；（3）導致整個振動系統失電，失去保護作用；（4）導致無法判定機械剎車是否投入；（5）導致廠房與中控室通訊中斷。

2 UPS系統改造

2.1 改造方案

為了提高UPS系統的可靠性，減少風險，經過驗證計算，將廠房UPS系統改為冗余配置，新增一組UPS系統。新增UPS系統每套充電器有一路交流電源輸入，直流后備電源取自廠房直流系統，逆變器采用雙機熱備接線方式，可保證在一臺逆變電源故障的情況下，UPS系統仍然能提供穩定可靠的電源，主機的交流輸入由原來的市電輸入改接在從機的逆變器輸出，構成串聯熱備份。新增系統的UPS1與UPS2同時工作，UPS1主用，UPS2備用，兩者可以通過靜態轉換開關實現無間斷切換。新增UPS系統與原UPS系統負荷母線之間設置一個聯絡開關，構成備用關系。改造后的UPS系統示意圖如圖2所示：

圖2 改造后的UPS系統示意圖

改造后的系統對負載接線進行了優化調整，將其中兩臺機組（非同一接線單元）的LCU、振動檢測柜、勵磁控制柜及MACH3000網絡的1路電源分離出來，由新增的UPS供電。

2.2 可靠性分析

改造后的UPS系統的可靠性有了大幅度提高，對電廠各系統提供不間斷、高質量、穩定可靠的電源有了更好的保障：（1）新原UPS系統均有兩套充電器、逆變裝置、靜態轉換開關和跟蹤回路，當一路交流供電電源丟失或裝置本身故障，電源可實現不間斷切換，保證給用戶提供不間斷電源；（2）新原UPS系統均有可靠的直流后備電源，在交流電源全部丟失的情況下，原UPS系統可由蓄電池組供電，新增UPS系統由廠房直流系統供電，能在較長時間內，給用戶提供可靠的電源，保證設備安全、穩定運行，為電廠啟動創造了條件；（3）當其中一套UPS系統故障，不會造成同一廠房四臺機組（或同一單元接線的兩臺機組）相應電源全部丟失，避免同一廠房四臺機組（或同一單元接線的兩臺機組）同時甩負荷，減小了對上游水道損害可能性，避免了對電網的強大沖擊，同時也在很大程度上降低了多臺機組不可用的風險，提高了機組的可用率；（4）網絡交換機的兩路電源分別取自新原的UPS系統，當其中任何一套UPS故障，不會導致網絡通訊中斷，這樣就大大降低了網絡交換機因UPS系統故障而造成通訊中斷的事故；（5）兩套UPS系統互為備用，當其中一套UPS系統完全故障，不能供電，可以斷開其負荷總開關，合上聯絡開關，由另一套UPS系統帶兩段母線運行，大大縮短設備停電時間，保證設備可靠運行。

3 進一步優化探討

根據圖1，可以看出當A1或A2區的任一帶電設備出現故障時，都必須將Q2（兩個）、Q5、Q26、Q27開關全部斷開，才可以檢修，這時UPS系統只能由旁路供電，沒有后備電源，大大降低了其可靠性。此時，只要旁路交流電源停電，UPS系統將無法給負荷用戶提供電源。同時，也擴大了隔離范圍，增加了隔離操作任務，給檢修工作增加了負擔，降低了工作效率。如果在圖1中B1、B2位置分別增加一個直流輸入開關，那么上述隔離范圍就可以縮小了。如A1區設備出現故障時，只需要斷開上邊Q2、Q26和B1處直流輸入開關，而不需要斷開Q5，此時下方UPS設備和后備直流電源可正常工作，保證UPS系統為負荷提供不間斷、安全、可靠穩定的電源。同時縮短了隔離操作和恢復時間，提高工作效率。

4 結語

UPS系統對電廠的安全穩定運行是至關重要的，針對原UPS系統的不足，對UPS系統進行改造，對其負荷接線方式進行優化，提高了UPS系統的可靠性和電廠安全運行水平。對UPS系統的優化探討，從運行維護的角度對UPS系統的改造提供了思路。

參考文獻

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作者簡介：熊照（1989-），男，惠州蓄能發電有限公司助理工程師，研究方向：抽水蓄能電廠運行。

（責任編輯：陳 倩）