水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機UPS電源改造與優(yōu)化

羅曉鴻（貴州烏江水電開發(fā)有限責任公司思林發(fā)電廠，貴州 銅仁 565109）

1 概 述

思林發(fā)電廠位于貴州省東部境內(nèi)烏江干流河段，屬于烏江干流梯級開發(fā)的第6級電站，總裝機容量為4×262.5 MW，多年平均發(fā)電量4.072×109kW·h，是黔電送粵的主要電源點之一。電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)為國電南瑞提供。監(jiān)控系統(tǒng)上位機是全廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)控制的核心，承擔著電廠所有發(fā)電設(shè)備、輔助設(shè)備的運行監(jiān)測與控制功能，并與貴州省電力調(diào)度控制中心進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)自動發(fā)電控制（AGC）和自動電壓控制功能（AVC），與烏江流域梯級集控中心實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、機組遠方開停和負荷調(diào)節(jié)等功能。監(jiān)控系統(tǒng)UPS電源主要為上位機主服務(wù)器、工程師站、操作員工作站、核心交換機、下位機交換機、中調(diào)通信站和集控通信站等設(shè)備提供不間斷交流電源。UPS為電力專用UPS，是監(jiān)控系統(tǒng)上位機安全穩(wěn)定運行的重要生產(chǎn)設(shè)備。

2 改造前原UPS電源概況

2.1 原UPS系統(tǒng)介紹

原監(jiān)控系統(tǒng)上位機UPS電源為意大利BEST POWER公司生產(chǎn)的雙變換在線式電力UPS，每套UPS容量為20 kVA，按照雙套配置，兩套UPS共用一套旁路柜，隨電廠機組投產(chǎn)同時投入運行。它主要由輸入濾波板、保護電路、整流器、逆變器、靜態(tài)開關(guān)、旁路開關(guān)、隔離變壓器以及輸出濾波板等組成，分為正常市電供電模式、蓄電池供電模式、旁路電源供電模式和維護旁路供電模式。UPS電源不自帶蓄電池，蓄電池供電模式由開關(guān)站單獨的220 V直流系統(tǒng)供電。原計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機UPS電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 存在的問題

2.2.1 監(jiān)控系統(tǒng)上位機UPS電源兩套交流輸出共用一段母線

兩套UPS交流220 V輸出連接到電源分配屏后共用一組母線，再由該段母線送向上位機各個負荷側(cè)。原設(shè)計存在一定的安全隱患，當該母線出現(xiàn)故障時（如短路、接地），連接在母線上的所有供電將受影響，上位機各服務(wù)器電源將中斷，不滿足《南方電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)不間斷電源配置規(guī)范》中UPS輸出分段運行的要求。

2.2.2 兩套UPS并機運行

2018年1月15日，巡視人員發(fā)現(xiàn)中控樓三樓監(jiān)控系統(tǒng)UPS設(shè)備室內(nèi)#1 UPS電源有異常聲響，經(jīng)專業(yè)維護人員對UPS整流器、逆變器各接線端子、各卡件進行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。現(xiàn)場處理完畢后，開始對#1 UPS電源進行空載試運行。在#1 UPS電源開機過程中，發(fā)現(xiàn)#2 UPS電源輸出電壓由220 V降至195 V，并報“逆變器故障”，隨即收到中控室人員告知監(jiān)控系統(tǒng)上位機失電。故障導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)上位機停電約25 min，監(jiān)控系統(tǒng)與省調(diào)通信、集控通信中斷約35 min。經(jīng)分析，掉電的原因為兩套UPS電源經(jīng)并機通信線連接并采用并機方式運行，#1 UPS開機過程中與#2 UPS數(shù)據(jù)同步過程出錯，導(dǎo)致#2 UPS電源控制異常，兩套電源同時掉電。

圖1 原監(jiān)控系統(tǒng)上位機UPS電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2.3 旁路柜僅有一套

旁路交流電源取自中控樓壩區(qū)400 V自用1段，與#1 UPS交流總進線取自同一段電源。當旁路柜或400 V自用1段故障或失電時，UPS電源將失去旁路功能，不滿足《南方電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)不間斷電源配置規(guī)范》中兩路交流輸入電源應(yīng)分別來自不同段交流母線的接線方式要求。

2.2.4 設(shè)備故障頻發(fā)

原UPS電源運行期間發(fā)生過逆變器故障、熔斷器燒損以及吸收板損壞等。

2.2.5 容量不滿足要求

隨著水電站遠程診斷平臺、監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)器、工業(yè)電視以及on-call系統(tǒng)等設(shè)備的不斷增加，原設(shè)計容量已不能滿足運行要求。

當前，UPS電源設(shè)計功能不合理、故障頻發(fā)、設(shè)備老化、容量不足等問題逐漸顯現(xiàn)，急需進行技術(shù)改造。

3 UPS電源改造與優(yōu)化

為滿足大型水電廠遠程集控、少人維護的要求、提高自動化系統(tǒng)運行可靠性和穩(wěn)定性，對計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機原UPS電源進行整體換型改造，徹底解決原UPS電源存在的各種問題。

3.1 改造方案設(shè)計

（1）UPS主機采用在線式電力專用UPS，按兩套配置，單套容量為40 kVA。兩套UPS獨立運行，設(shè)獨立旁路，柜式一體化UPS。改造UPS配電柜，輸出由聯(lián)絡(luò)方式改為獨立供電方式。在原UPS電源分配屏增加一段母線，輸出間配置聯(lián)絡(luò)開關(guān)，必要時可手動合聯(lián)絡(luò)開關(guān)運行。

（2）UPS配有LCD屏顯示，可查詢輸入、輸出電壓、頻率、負載百分比、故障以及運行狀態(tài)等信息。UPS不能給蓄電池充電或有關(guān)閉蓄電池充電的功能。在UPS過載、逆變器未開啟等情況下，要求能自動切換到旁路供電。在UPS故障需維修的情況下，可通過手動閉合維修旁路，以實現(xiàn)對負載不停電維護。同時，需具備過載、短路和超溫保護功能。當交流中斷時，由直流經(jīng)逆變器供電，切換時間應(yīng)為0 ms。當交流輸入電源恢復(fù)正常后，由直流供電切換至交流輸入電源供電，切換時間應(yīng)為0 ms。通過UPS電源旁路切換開關(guān)自動切換至交流旁路輸入電源供電，切換時間應(yīng)小于4 ms[1]。要有緊急關(guān)機功能，在需要時可緊急關(guān)機。

（3）按照設(shè)計方案，選定UPS電源為TTUPS-40 kVA電力專用UPS，共四面屏柜組成。兩套UPS交流輸入電源采用兩路供電方式，分別取自不同母線。#1 UPS交流400 V進線取自壩區(qū)400 V自用1段，旁路取自壩區(qū)400 V自用2段，直流輸入取自開關(guān)站220 V一套直流系統(tǒng)。#2 UPS交流400 V進線取自壩區(qū)400 V自用2段，旁路取自壩區(qū)400 V自用1段，直流輸入取自原開關(guān)站220 V兩套直流系統(tǒng)。旁路電源和交流進線交叉配置，壩區(qū)400 V自用1、2段具有電源備自投功能，充分保障供電系統(tǒng)可靠性。改造后的UPS電源結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 UPS電源優(yōu)化及改造過程

3.2.1 改造前測試及優(yōu)化情況

圖2 改造后監(jiān)控系統(tǒng)上位機UPS電源結(jié)構(gòu)圖

改造前測試新UPS整機各項功能。測試手動維修旁路帶載測試正常，測試直流系統(tǒng)反充電測試正常。在UPS柜本體主要進行交流切直流供電試驗、直流切交流供電試驗、逆變切旁路供電試驗、交流切旁路試驗以及旁路切交流試驗，其試驗負載無突變、停機等現(xiàn)象。新UPS輸出各相電壓滿足220 V±3%的要求，但在UPS開關(guān)上一級壩區(qū)400 V開關(guān)處合旁路進線電源開關(guān)時，UPS偶爾會發(fā)出負載短路、逆變故障信號，導(dǎo)致試驗負載掉電。針對上述問題，分析原因為新UPS旁路柜變壓器和穩(wěn)壓設(shè)備輸出側(cè)未增加濾波器，在旁路電源恢復(fù)投入瞬間形成尖峰電壓干擾主機運行，造成試驗負載掉電。但是，并非每次操作均會出現(xiàn)掉電情況，屬偶發(fā)現(xiàn)象。為此，在計算機監(jiān)控系統(tǒng)UPS旁路柜調(diào)壓變和穩(wěn)壓設(shè)備輸出側(cè)增加濾波電容，吸收并消除尖峰電壓。優(yōu)化后，多次以不同方式進行切換試驗，UPS各項指標滿足設(shè)計要求，有效避免了改造投運后造成的風(fēng)險。

3.2.2 UPS改造實施過程

改造時確保計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機重要負荷不停電[2]。電廠申請利用夜間機組全停，退出全廠AGC、AVC功能、集控中心，將機組控制權(quán)由集控側(cè)轉(zhuǎn)移至電廠側(cè)。改造現(xiàn)場實施部分主要分為3個階段。

第1階段。統(tǒng)計上位機重要設(shè)備雙電源負荷情況，如表1所示。中調(diào)通信站、下位機交換機、中調(diào)遠動路由器只有一路電源，需要停運服務(wù)器后搭接臨時電源，并將原UPS提供的交流負荷B套轉(zhuǎn)移至壩區(qū)400 V 1段臨時電源上，檢查負荷運行正常。

第2階段。#1 UPS安裝、調(diào)試、配電柜改造，臨時電源搭接完畢后，按照逐套進行的原則，將原#1 UPS退出運行并拆除，安裝、調(diào)試新UPS，對配電柜母排進行分段改造。將#1 UPS輸出接至配電柜UPS 1段，將監(jiān)控系統(tǒng)上位機設(shè)備A套電源或冗余的A套設(shè)備及中調(diào)遠動路由器轉(zhuǎn)移至UPS 1段上。

第3階段。#2 UPS安裝、調(diào)試，2套負荷接入。第2階段施工完畢后，將原#2 UPS退出運行并拆除，安裝、調(diào)試新UPS，并將#2 UPS輸出接至配電柜UPS 2段，拆除臨時電源，將B套負荷接至UPS 2段上。

表1 上位機重要負荷統(tǒng)計表

所有負荷按照平均分配、分段運行原則，完成全部安裝調(diào)試和負荷割接，監(jiān)控系統(tǒng)UPS電源投入正式運行。UPS電源改造投運后，維護人員利用壩區(qū)400 V廠用電倒換停電機會，在電源分配屏負載處接入電能質(zhì)量分析儀檢測交流掉電切換直流的電壓波形。分析儀波形顯示，交、直流切換時，輸出電壓波動＜3%，切換直流供電時間＜1 ms，輸出波形失真度＜3%，無尖峰電壓，滿足計算機監(jiān)控系統(tǒng)負載不間斷電源的各項技術(shù)要求。

4 UPS改造后運行維護要點

（1）進行UPS維護時，需將負載切換到維修旁路。先在操作按鍵上將逆變器停止工作，將維修旁路解鎖后合上維修旁路開關(guān)，合閘瞬間伴有接觸器吸合聲，然后依次斷開交流輸入，直流輸入和旁路輸入開關(guān)，此時UPS轉(zhuǎn)到維修旁路工作才能進行主機維護。

（2）40 kVA UPS容量較大，運行過程需加強對主機散熱情況和設(shè)備間溫度的監(jiān)視。主機柜內(nèi)的散熱風(fēng)扇在逆變工作狀態(tài)時一直工作，當溫度達到30 ℃時第二級散熱風(fēng)扇啟動，當溫度超過50 ℃時第三級散熱風(fēng)扇啟動并告警。

5 結(jié) 論

本文總結(jié)思林發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機原UPS電源存在的問題，將原UPS電源由并機運行改造為兩套獨立的冗余系統(tǒng)。通過改造及優(yōu)化，提高了計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機運行穩(wěn)定性和可靠性。目前，UPS電源分別對計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機、遠程診斷平臺、網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)器、工業(yè)電視和on-call系統(tǒng)等設(shè)備進行不間斷供電，#1 UPS、#2 UPS的負荷百分比分別為16%、17%，UPS電源雙套配置、分段運行可靠，為水電廠遠程集控、少人維護管控模式的推進提供了重要保障。