某研究堆應(yīng)急供電系統(tǒng)UPS的原理與應(yīng)用

杜 雙，余 峰，陳夢(mèng)雪

中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，四川成都 610041

某研究堆應(yīng)急供電系統(tǒng)UPS的原理與應(yīng)用

杜 雙，余 峰，陳夢(mèng)雪

中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，四川成都 610041

本文描述了某研究堆應(yīng)急電力系統(tǒng)的組成和功能，以及應(yīng)急供電系統(tǒng)的核心設(shè)備——UPS電源裝置的原理、運(yùn)行方式和特性，并介紹了UPS在使用中的相關(guān)操作知識(shí)、維護(hù)時(shí)的注意事項(xiàng)，以便于更好地對(duì)某研究堆應(yīng)急供電系統(tǒng)進(jìn)行合理利用，確保反應(yīng)堆運(yùn)行的安全。

某研究堆；應(yīng)急供電；UPS；應(yīng)用

供電系統(tǒng)為反應(yīng)堆提供電力，它直接關(guān)系到反應(yīng)堆的啟動(dòng)、運(yùn)行、停堆以及事件的處理，是重要的安全輔助系統(tǒng)，而其中的應(yīng)急供電系統(tǒng)對(duì)確保反應(yīng)堆的安全起著至關(guān)重要的作用。反應(yīng)堆應(yīng)急供電系統(tǒng)對(duì)電源的可靠性、穩(wěn)定性有較高的要求。

為提高運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，某研究堆應(yīng)急供電系統(tǒng)進(jìn)行了兩次技術(shù)改造。在技術(shù)改造中取消了由試驗(yàn)堆的供電系統(tǒng)來(lái)供電的方式，在某研究堆上直接采用應(yīng)急電力設(shè)備——UPS電源來(lái)提供可靠電力。UPS電源具有體積小、噪聲低、可靠性高、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)壓穩(wěn)頻和操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

1 某研究堆應(yīng)急供電系統(tǒng)

1.1系統(tǒng)構(gòu)成

某研究堆應(yīng)急供電系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。系統(tǒng)中有兩路外電源可以對(duì)某研究堆提供電力，外電源來(lái)自?xún)陕凡煌妮旊娤到y(tǒng)。技術(shù)改造后某研究堆運(yùn)行時(shí)的供電方式，由原兩路同時(shí)供電改為一路供電，并且優(yōu)選一路供電質(zhì)量相對(duì)較好的線(xiàn)路，另一路備用，以減少各種原因（如雷擊）導(dǎo)致外電源的瞬間電壓波動(dòng)引起的停堆事件。

圖1　不間斷供電系統(tǒng)示意圖

某研究堆的應(yīng)急供電系統(tǒng)主要由四臺(tái)UPS電源和一個(gè)配電柜組成。系統(tǒng)所用UPS均采用交流220V、單進(jìn)單出的設(shè)備。1、2、3號(hào)UPS為純正弦波在線(xiàn)式，容量分別為6kVA、5.5kVA、5.5kVA，主要用于儀表和控制系統(tǒng)，以及廣播、通訊等。4號(hào)UPS采用普通輸出方波電壓的后備式1kVA UPS電源，用于應(yīng)急照明，此外，在主控室、生產(chǎn)操作間還備有自帶蓄電池的應(yīng)急燈作為輔助應(yīng)急照明裝置。技改時(shí)取消了用于輔助冷卻系統(tǒng)的應(yīng)急供電，因?yàn)槟逞芯慷言谌珡S斷電事件工況下，只要反應(yīng)堆能同時(shí)停閉，僅靠主泵慣性流量和自然循環(huán)冷卻就能導(dǎo)出堆芯余熱，保證反應(yīng)堆安全。

1.2運(yùn)行方式

用于儀表和控制系統(tǒng)的1、2、3號(hào)UPS的運(yùn)行方式，采用兩臺(tái)投入，另一臺(tái)備用，輪換使用，既可以保障隨時(shí)提供所需要的不間斷電源，又達(dá)到可以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的。在外電源正常時(shí)、經(jīng)過(guò)UPS的整流器、逆變器后輸出具有穩(wěn)壓穩(wěn)頻的純正弦波電源供主控室的各種重要負(fù)荷使用。

全廠斷電后，應(yīng)急供電系統(tǒng)滿(mǎn)足岷江堆的儀表和控制系統(tǒng)持續(xù)供電時(shí)間不少于20min，以確保全廠斷電情況下的安全停堆，及停堆以后的各種必要的數(shù)據(jù)指示記錄，如棒位、功率、溫度、液位等。

2 UPS工作原理

2.1UPS基本結(jié)構(gòu)

從基本應(yīng)用原理上講，UPS是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要元件，穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出的電源保護(hù)設(shè)備。電能以直流（DC）形式貯存在蓄電池中，這使UPS在外電完全失電的情況下也可向外輸出電壓。通常，UPS主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態(tài)開(kāi)關(guān)等幾部分組成。

2.2UPS的運(yùn)行模式

UPS主要運(yùn)行模式有正常運(yùn)行模式、電池供電模式、旁通模式。

1）正常運(yùn)行模式。在正常運(yùn)行時(shí)，受干擾的主電源經(jīng)過(guò)濾波、整流電路、逆變、變壓，然后通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)輸出穩(wěn)定的正弦波電壓，供UPS連接的負(fù)載正常工作，同時(shí)經(jīng)過(guò)電池開(kāi)關(guān)給蓄電池充電。

2）電池供電模式。當(dāng)主電源輸入因市電電壓過(guò)高或過(guò)低斷開(kāi)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)使用UPS電池貯存的電能繼續(xù)提供交流電，確保輸出供電不間斷不延時(shí)。當(dāng)外電為失電狀態(tài)，UPS內(nèi)部電池能量耗盡，逆變器將停止工作，此時(shí)，UPS將不能再向外接負(fù)載供電。當(dāng)主電源恢復(fù)供電時(shí)，逆變器將繼續(xù)經(jīng)由整流器為外接負(fù)載供電工作，同時(shí)UPS自動(dòng)向電池充電。

3）旁通模式。（1）自動(dòng)旁通模式。當(dāng)逆變器因過(guò)載或過(guò)熱不能將UPS外接電路所需電壓傳送時(shí)，旁通開(kāi)關(guān)將自動(dòng)轉(zhuǎn)換由主電源直接供電。如旁通動(dòng)作是由于過(guò)載，當(dāng)負(fù)載小于100%時(shí)，UPS將自動(dòng)跳回到逆變器開(kāi)關(guān)。如果旁通動(dòng)作是由于過(guò)熱，當(dāng)溫度降到警戒線(xiàn)下時(shí)，UPS跳回到逆變器開(kāi)關(guān)。（2）維修模式（手動(dòng)旁通模式）。系統(tǒng)可以通過(guò)在后置控制板上的手動(dòng)旁通開(kāi)關(guān)手動(dòng)旁通UPS。此開(kāi)關(guān)為雙向選擇開(kāi)關(guān)，可以分別選擇正常運(yùn)行狀態(tài)。

3 UPS的操作與維護(hù)

3.1UPS的啟停操作

在線(xiàn)路熔斷開(kāi)關(guān)和旁通保險(xiǎn)先行合上的情況下，使用前置控制面板上的“開(kāi)/關(guān)”，開(kāi)啟UPS。當(dāng)UPS啟動(dòng)后，首先實(shí)行自檢，LCD液晶屏?xí)@示其自檢狀態(tài)。自檢完成后，UPS開(kāi)始輸出電壓，液晶屏?xí)@示目前UPS工作模式和實(shí)際負(fù)載狀況。

3.2信息顯示

當(dāng)UPS為開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，操作前置面板上的按鈕，通過(guò)LCD液晶屏可以查看UPS系統(tǒng)數(shù)據(jù)，狀態(tài)信息，報(bào)警信息和設(shè)置。具體可以看到主電源的電壓，頻率以及功率；UPS的輸出電壓，頻率以及負(fù)載；觀測(cè)到UPS電池組附近溫度，電池電壓和電流甚至電池的剩余放電時(shí)間和UPS已運(yùn)行時(shí)間。

3.3維護(hù)

在UPS日常維護(hù)工作中，必須注意適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件，保持通風(fēng)口開(kāi)放，并減少灰塵的進(jìn)入。

對(duì)于電池組的維護(hù)，UPS要求較高。電池的使用壽命是3～6年，主要依據(jù)運(yùn)行溫度和充放電循環(huán)的次數(shù)。當(dāng)一塊新的電池裝入U(xiǎn)PS電池組后，UPS的自動(dòng)電池測(cè)試功能將會(huì)在安裝后的第一次開(kāi)機(jī)時(shí)對(duì)該電池進(jìn)行測(cè)試，確保安全運(yùn)行。當(dāng)電池老化或故障時(shí)，報(bào)警信息會(huì)出現(xiàn)，提示電池組需盡快更換。

4 結(jié)論

由于在某研究堆的應(yīng)急供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型時(shí)采用了高品質(zhì)的UPS電源設(shè)備，并在使用中注意了正確操作和維護(hù)保養(yǎng)，至今未出現(xiàn)任何故障。最早的兩臺(tái)UPS至今已使用了15年，最近的一臺(tái)也已經(jīng)使用了9年。另外，UPS電池的更換年限為5年，優(yōu)于常規(guī)的3年左右的壽命。

經(jīng)過(guò)多年來(lái)的運(yùn)行情況表明，技術(shù)改造后的某研究堆應(yīng)急供電系統(tǒng)，在充分利用某研究堆所具有的良好固有安全性這一特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以UPS電源裝置組成了靜止式新型應(yīng)急電源系統(tǒng)，從而大大地減化了系統(tǒng)、降低了投資，在使用時(shí)操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，并顯著地提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，大幅度減少了運(yùn)行成本。

[1]《工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)》編寫(xiě)組．工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)[M]．2版．北京：中國(guó)電力出版社，1998．

[2]馬志溪．電氣工程設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002．

[3]齊占慶，王振臣．電氣控制技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002．

TL4

A

1674-6708（2016）171-0213-02

杜雙，中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院。余峰，中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院。陳夢(mèng)雪，中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院。