熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源在變電站應用的經濟性評估

紀哲夫，彭岳云

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熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源在變電站應用的經濟性評估

紀哲夫1，彭岳云2

（1.深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000；2.深圳市錦祥自動化設備有限公司，廣東 深圳 518000）

針對熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源在變電站的典型應用進行了討論分析，討論了熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源在變電站應用的需求和優點，并從設備投資成本、設備的運維成本等方面，對直接經濟性效益、安全效益、社會效益等進行了綜合分析評價。

熱插拔；高頻逆變；投資成本；運維成本

UPS電源主要用于變電站重要負載的不間斷供電，常用于故障數據設備、數據通信、應急電源、控制系統等重要負載，需要具備很高的可靠性和穩定性。

單臺UPS電源供電時，一旦發生故障，則可能導致系統癱瘓，并導致不可估量的損失。其熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源在變電站的應用是提高UPS電源系統運行的可靠性和擴大供電容量的有效技術手段，可以充分利用模塊化設備的優勢，實現并聯無擴容，不僅可減少系統的體積，提高動態響應速度，還可提高電源的通用性和靈活性，使系統的設計、安裝、組合、互換、備品備件等更加方便，更能進一步提高現場設備的可靠性、安全性、可維護性，在變電站UPS系統中具有較高的推廣應用價值。

1 熱插拔式高頻逆變并聯UPS應用結構

熱插拔式高頻逆變并聯UPS應用結構如圖1所示。

圖1 結構圖

應用于變電站的熱插拔式高頻逆變并聯UPS，由冗余并聯逆變模塊、靜態旁路模塊、監測模塊組成，其中并聯逆變模塊可直接并聯獨立工作；設計靜態旁路單元，用于提高可靠性。并聯逆變模塊的工作原理是將蓄電池組提供的直流電源、電壓經保險及開入控制電路加到高頻升壓部分，將直流電源提升至高壓，以滿足逆變功率器件的工作要求。高頻逆變部分將高壓直流變換為工頻交流電，經濾波后輸出。控制器控制輸入、輸出、旁路等，同時調節控制高頻升壓及高頻逆變的工作狀態和輸出。濾波器將設備內部的高頻成份濾出，使之與輸入端、輸出端隔離，不影響與其聯接的其他外部設備。

2 熱插拔式高頻逆變并聯UPS可靠性分析

高速發展的數字化、信息化的時代，要求UPS不間斷供電的電力設備越來越多，對供電質量提出了更高的要求。故障停電或檢修停電會導致UPS負荷的電源間斷，而故障的不確定性停電則會危害變電站的重要設備。應用熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源系統，無需全面停電檢修，可減少故障次數，縮小事故范圍，縮短事故時間，為恢復供電，快速分析、診斷、報告事故原因提供有效的依據。

目前常規使用中的單機模式的UPS的平均無故障時間為100 000 h，現場平均維護時間為2 h。而對于熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源系統，以10 kVA的系統，采用五塊進行并聯的模式，設定單模塊的平均無故障時間為100 000 h，因為熱插拔式的冗余設計模式，大大提高了熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源系統的總無故障時間，所有模塊同時故障的概率遠遠低于單機模式故障率，且熱插拔式高頻逆變并聯UPS的熱拔插特征，現場維護時間幾乎為0 h。

可見熱插拔式高頻逆變并聯UPS被引入到電力系統變電站后，憑借其優點可以有效大大提高變電站的UPS系統的可靠性，具備完全可行性。

3 減少投資成本的經濟效益

目前，在競爭日趨激烈的電力市場環境下，電網公司需要在提高智能、穩定、安全、可靠電力供應的同時，盡可能減少電網運維、改造等費用。熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源可以減少變電站UPS容量的設計成本，可帶來直接的經濟收益。

熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源系統具備的擴容功能，可根據實際負載需求進行科學配置變電站UPS電源的容量，不用過多考慮遠期備用容量，當后期負載有增加時，可進行擴容，提高設備利用率。

在投資6 kVA變電站UPS電源系統設計時，考慮到故障率和負載的遠期容量，一般要求超容設計為10 kVA，后期負載增加后進行整機改造；如果按熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源系統可按實際需求進行容量設計，后期分期再按需擴容。兩者比較，熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源系統投資較低，無重復投資過程。

4 應用的維護成本分析

電網設備的維護關系到電網達到可靠性的水平，電網設備的維護成本所帶來的收益不僅僅直接體現在資金投入上，熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源系統可改變一體化UPS的全停電檢修維護的模式，實現在線快速維護，不僅可減少運維資金、時間、人力的投入，還可減少全停電故障風險，提高維護效率，大大降低變電站UPS電源的維護成本，從而帶來直接和間接的經濟收益。

UPS電源系統帶來的效益，很大程度上體現在設備管理、設備檢修上。所有UPS電源系統設備日常需要按一定期限定檢，其工作量巨大，耗費大量人力、物力；熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源的使用可以使設備檢修時針對性更強，實現按單元檢修和快速故障處理，變故障修為狀態修，變停電維修為快速故障處理，減輕維護人員的勞動強度，縮短現場維修時間，減少現場操作人員數量，增強設備在線處理、快速處理能力。

通過熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源，各模塊合理分配負荷，還可以最大限度地控制UPS設備投資，有利于提高設備的安全和健康水平，延長使用壽命。

按一般變電站年度維護費用假設：某變電站每年UPS電源停電檢修、維護以及事故檢修直接費用3萬元，每年因檢修導致的停電損失為2萬元，共有60座變電站應用UPS系統。

如果把每年的直接經濟效益產出定義為，則：

=（+）××. （1）

式（1）中：為每年因檢修導致的停電損失；為每年節約的設備維護費；為設備運行年限；為變電站的座數。

計算結果：=（2+3）×60=300萬元。那么，每年增加經濟效益產出300萬元，運行時間越長，經濟效益越明顯。

5 間接安全及社會效益分析

熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源可解決UPS故障停電檢修的問題，間接提高了其他設備的可靠性，減少了故障率。由于變電站分布管轄區域位置不同，一般與辦公地點有一段距離，熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源將減少現場運維時間，減少運維人員數量，間接地減少了一線人員的交通費用、工作強度，提升員工的工作質量。除此之外，減少運維人員在變電站強電磁場中受輻射環境中的工作時間，對從業人員的身體健康更有著重要的意義，可以避免職業病、人為觸電事故的發生。

6 結論

采用熱插拔式高頻逆變并聯UPS電源可以很好地解決變電站UPS系統的擴容、維護問題。在電力系統設備中，采用類似先進實用技術，不僅能提高設備的安全可靠性，還能產生巨大的經濟效益，無疑是大勢所趨。

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2095－6835（2019）02－0102－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.02.102

紀哲夫，男，廣東深圳人，高級工程師，主要研究方向為電力系統繼電保護、直流電源系統技術研究與運行維護管理。彭岳云，廣東深圳人，工程師，主要研究方向為電力系統繼電保護、電力電源新技術研究與應用。

〔編輯：嚴麗琴〕