變電站UPS系統(tǒng)交流輸入電源的改造方案

林世平

摘 要：本文結(jié)合某變電站工程實例，分析了該變電站UPS系統(tǒng)運行的現(xiàn)狀進行了分析，結(jié)合變電站UPS系統(tǒng)的運行現(xiàn)狀，提出了三種改造方案，并選擇了最優(yōu)的方案進行施工，對其施工的準備工作及施工過程進行了詳細的介紹，以其能為類似工程施工提供參考。

關鍵詞：變電站；輸入電源；改造方案

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，社會對電力的需求及質(zhì)量要求日益提高，對變電站的安全、可靠運行提出了更高的要求。變電站電源系統(tǒng)是保證變電站安全、可靠運行的重要組成部分之一，若電源系統(tǒng)出現(xiàn)問題，將會影響到變電站的安全、穩(wěn)定運行。而UPS電源系統(tǒng)具有不間斷供電能力，在變電站中得到廣泛的應用。對此，筆者進行了相關介紹。

1 運行現(xiàn)狀

某變電站在改造前，配置有2臺RB-5000AP型UPS電源，采用雙機主從串聯(lián)、互為備用的接線方式，共輸出16路220V交流饋線回路，如圖1所示。

1.1 工作原理

電源在正常運行狀態(tài)下，UPS主機處于運行帶負載狀態(tài)，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(zhuǎn)為直流電源Ⅰ（Z12）供電。若UPS主機發(fā)生交直流輸入同時失電，則自動無延時轉(zhuǎn)為內(nèi)部旁路回路供電狀態(tài)，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(tài)。

1.2 運行風險分析

UPS主機的負荷包括有變電站自動化系統(tǒng)工程師站和操作員站、1號調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機、“五防”工作站、1號城域網(wǎng)交換機和電度采集裝置等。其中，變電站自動化系統(tǒng)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(diào)度及變電站自動化系統(tǒng)電源不能中斷的要求。投運初期，設備還不完善，UPS系統(tǒng)采用這種接線方式有其一定的經(jīng)濟性和合理性。但是隨著時間推移，該變電站內(nèi)逐步配置了2號調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機、2號城域網(wǎng)交換機、環(huán)境監(jiān)控裝置、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)縱向認證裝置、火災報警系統(tǒng)與門禁系統(tǒng)等設備，對UPS系統(tǒng)可靠性的要求提高，因此需要對原有的UPS系統(tǒng)進行改造。

2 改造方案

2.1 接線方式的要求

根據(jù)《廣東電網(wǎng)公司調(diào)度及變電站自動化系統(tǒng)用交流不間斷電源系統(tǒng)技術規(guī)范（2009版）》（以下簡稱《技術規(guī)范》），接線方式有如下要求：（1）對于220kV變電站的UPS宜采用雙機雙母線帶母聯(lián)運行接線方式，母聯(lián)開關應具有防止2段母線帶電時閉合母聯(lián)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(tǒng)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(tǒng)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

根據(jù)《技術規(guī)范》，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(tài)。在主機屏加裝1個母聯(lián)開關Z15，作為2臺UPS饋電母線之間的聯(lián)絡開關，從而把主從串聯(lián)、互為備用的運行系統(tǒng)改為雙機雙母線帶母聯(lián)的運行系統(tǒng).

方案1滿足《技術規(guī)范》中220kV變電站的UPS接線要求。正常運行時，母聯(lián)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(lián)開關Z15為停電UPS所帶的饋電母線供電，從而提高了系統(tǒng)運行可靠性。但若此時停電UPS所帶的饋電母線發(fā)生故障，母聯(lián)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(lián)開關Z25，與原母聯(lián)開關Z15串聯(lián)，如圖2所示。

由于2個母聯(lián)開關同時拒動的情況極少，可以忽略不計，這樣當一個母聯(lián)開關拒動時，另一個母聯(lián)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(fā)生故障，2個母聯(lián)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(fā)生故障而造成全部停電的事故，此時仍可以快速斷開母聯(lián)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。

克服了串聯(lián)型熱備份冗余系統(tǒng)的一些缺點，可最大限度地提高UPS的可靠性，實現(xiàn)不停電維護。其接線方式簡單經(jīng)濟，是適合本次改造工程的最佳方案。

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(jīng)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40A/250VAC。

（3）資料方面。繪制好接線圖紙，做好負荷分配計算。對于環(huán)境監(jiān)控裝置、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)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(tǒng)工程師站和操作員站、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機、城域網(wǎng)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(tǒng)、“五防”工作站、門禁系統(tǒng)、電度采集裝置等單電源非冗余配置的設備，應根據(jù)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(nèi)加裝手動旁路輸入Ⅱ開關Z23。

（4）在屏內(nèi)加裝母聯(lián)開關Z25，通過新布線將母聯(lián)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(zhuǎn)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(nèi)加裝母聯(lián)開關Z15，通過新布線將母聯(lián)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(lián)開關Z15（斷開狀態(tài)）下端通過新布線連接至UPS2屏的母聯(lián)開關Z25（斷開狀態(tài)）下端，暫不接入。

（2）合上母聯(lián)開關Z15，Z25，用萬用表分別測量母聯(lián)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(lián)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(lián)開關和旁路開關封好，以免誤操作。

3.2.4 轉(zhuǎn)移負載

上述工作結(jié)束后，雙機雙母線帶母聯(lián)接線方式已改造完成，開始轉(zhuǎn)移負載。需要注意的是，開工前設備需先關機，然后才能轉(zhuǎn)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(jīng)過測算，所有需要轉(zhuǎn)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(tǒng)工程師站II和操作員站II、2號城域網(wǎng)交換機和2號調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)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(tài)。

（4）按上述方法將原屏環(huán)境監(jiān)控裝置、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)縱向認證裝置等雙電源設備逐個轉(zhuǎn)接至UPS2屏，轉(zhuǎn)接完一個馬上恢復送電，然后再轉(zhuǎn)接下一個。

（5）按照負荷均分的原則，將火災報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)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。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著變電站UPS系統(tǒng)交流輸入電源負載的增加，對變電站UPS電源系統(tǒng)的可靠性也提出了更高的要求，對無法滿足要求的UPS系統(tǒng)進行改造十分必要。在變電站UPS系統(tǒng)改造過程中，要結(jié)合變電站的實際情況以及經(jīng)濟性、技術性的要求，選擇合理的改造方案進行施工，同時還要做好改造前的準備工作，加強對改造施工的控制，從而確保變電站的安全、可靠運行。

參考文獻

[1]薛子穎.220千伏變電站UPS系統(tǒng)的配置和運維特點分析[J].科技展望.2015（34）.

[2]廖峰，鄭聯(lián)國，徐聰穎.500kV變電站電力專用UPS應用[J].自動化技術與應用.2016（07）.