UPS電源在電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

梁垚

摘要：本文介紹了UPS電源在電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，對UPS 建設(shè)階段中模式選擇、容量選擇、接地選擇等常見問題依據(jù)筆者所在單位的相關(guān)要求作了具體分析。同時(shí)，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)探討了運(yùn)行維護(hù)中UPS主機(jī)和蓄電池的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：UPS;電源;電力監(jiān)控系統(tǒng);應(yīng)用

一、電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本概念

電力監(jiān)控系統(tǒng)是指用于監(jiān)視和控制電力生產(chǎn)及供應(yīng)過程的、基于計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)及智能設(shè)備，以及做為基礎(chǔ)支撐的通信及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等。電力監(jiān)控系統(tǒng)主要包括調(diào)度自動化系統(tǒng)（如能量管理系統(tǒng)、廣域相量測量系統(tǒng)、電能量計(jì)量系統(tǒng)、廠站自動化系統(tǒng)、換流站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)、實(shí)時(shí)電力市場的輔助控制系統(tǒng)、電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等），配電自動化系統(tǒng)等。而目前UPS電源不管是在以能量管理系統(tǒng)為主的調(diào)度自動化主站，還是在以廠站自動化系統(tǒng)為主的廠站，以及以電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和其通信傳輸網(wǎng)為主的網(wǎng)絡(luò)傳輸通道都得到了普遍的應(yīng)用。隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也越來越龐大、復(fù)雜。電力監(jiān)控系統(tǒng)作為電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本保障，其可靠性也越發(fā)重要，而UPS電源則為電力監(jiān)控系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定供電提供了有力支撐。

二、應(yīng)用的基本情況

UPS 電源可分為后備式、在線式和在線互動式三種。在由正常市電模式轉(zhuǎn)換為電池模式的轉(zhuǎn)換時(shí)間上這三種類型體現(xiàn)為：在線式由于逆變器一直處于逆變工作狀態(tài)所以轉(zhuǎn)換時(shí)間為0。而后備式在市電模式下逆變器是沒有工作的，當(dāng)市電消失后立即轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)，需要4-10ms轉(zhuǎn)換時(shí)間。在線互動式在市電模市下是通過逆變器反向工作向蓄電池充電，當(dāng)市電消失后立即轉(zhuǎn)換為逆變狀態(tài)，同樣需要一定的裝換時(shí)間。由于電力監(jiān)控系統(tǒng)中服務(wù)器、磁盤陣列、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等負(fù)載對于供電質(zhì)量要求較高，需真正實(shí)現(xiàn)負(fù)載供電不間斷，因此電力監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)房采用的是在線式UPS電源。

三、建設(shè)階段應(yīng)注意的問題

1.UPS結(jié)構(gòu)模式的選擇

UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有單機(jī)模式、雙機(jī)并聯(lián)模式、并聯(lián)冗余模式等。根據(jù)《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》相關(guān)規(guī)定的要求UPS應(yīng)至少具備兩路獨(dú)立的交流供電電源，且每臺UPS的供電開關(guān)應(yīng)獨(dú)立。也就是說UPS系統(tǒng)最好由不同變電站的高壓饋線電源、不同低壓配電柜、不同電纜路徑、不同UPS配電柜的兩路獨(dú)立的交流電源供電。這樣能充分保證UPS市電輸入的高可靠性。同時(shí)，UPS所帶負(fù)載也必須支持雙電源。UPS雙機(jī)并聯(lián)模式相對而言雖然具有更高的可用性，其可用性可達(dá)99.999%左右。但雙機(jī)并聯(lián)結(jié)構(gòu)為單輸出母線結(jié)構(gòu)，且通過同步模塊實(shí)現(xiàn)同步，存在單點(diǎn)故障會干擾影響另外一正常節(jié)點(diǎn)，在UPS輸出側(cè)供電線路發(fā)生短路故障、整流濾波電容故障或IGBT管被燒或同步模塊故障時(shí)極易導(dǎo)致兩臺并機(jī)的UPS出現(xiàn)瞬間供電中斷或者輸出停電。事故案例也表明，因UPS供電系統(tǒng)內(nèi)部模塊或其他模塊故障導(dǎo)致輸出閃斷或中斷，進(jìn)而引起信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷事故時(shí)有發(fā)生[2]。綜上所述，電力調(diào)度UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般采用雙機(jī)單獨(dú)運(yùn)行帶旁路模式，此結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了輸入、輸出地完全冗余配置，避免了單點(diǎn)故障導(dǎo)致整個(gè)UPS系統(tǒng)故障的可能。

2. UPS及蓄電池容量的選擇

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》相關(guān)規(guī)定的要求調(diào)度自動化系統(tǒng)應(yīng)采用專用的、冗余配置的不間斷電源（UPS）供電，UPS單機(jī)負(fù)載率應(yīng)不高于40%。外供交流電消失后UPS電池滿載供電時(shí)間應(yīng)不小于2h。在雙機(jī)單獨(dú)運(yùn)行帶雙電源設(shè)備——這種電力監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)房常用結(jié)構(gòu)模式下，UPS單機(jī)負(fù)載率應(yīng)不高于40%也就是說所有負(fù)載設(shè)備的功率總和不能超過兩臺UPS主機(jī)的總?cè)萘康?0%。根據(jù)負(fù)載情況確定UPS主機(jī)容量后，根據(jù)主機(jī)滿載容量下的有功（滿載有功一般為UPS主機(jī)視在容量乘以0.9的系數(shù)）折算出蓄電池的輸出電流，然后根據(jù)輸出電流，放電時(shí)間不小于2h等參數(shù)，換算出蓄電池應(yīng)配備的最小容量。

3.UPS接地方案的選擇

如下圖1、2所示，USP系統(tǒng)接地分為兩種情況。兩種情況的區(qū)別主要體現(xiàn)在零地電壓的大小上。在不對稱負(fù)載或非線性負(fù)載存在時(shí)，中性線有電流流過，中性線和地線之間會產(chǎn)生零地電壓。電力監(jiān)控系統(tǒng)UPS電源建設(shè)過程中，USP系統(tǒng)接地問題經(jīng)常被忽視。計(jì)算機(jī)設(shè)備一般要求零地電壓小于2V，過高的零地電壓容易引起設(shè)備硬件損壞。考慮到對旁路供電隔離，可按照圖2所示將旁路接入三繞組變壓器，無論旁路電源供電還是由逆變電源供電，輸出側(cè)均構(gòu)成完整的獨(dú)立電源系統(tǒng)，從而可以有效減小零地電壓的產(chǎn)生和市電干擾，非常適合于電力監(jiān)控系統(tǒng)這一重要信息系統(tǒng)的供電。

四、維護(hù)階段應(yīng)注意的問題

1.主機(jī)的維護(hù)及注意事項(xiàng)

主機(jī)在投運(yùn)時(shí)一定要做好相關(guān)試驗(yàn)，特別是各類狀態(tài)的正常切換試驗(yàn)。市電模式與電池模式的正常互相切換，市電模式與旁路模式的正常互相切換。這里需注意的是，旁路檢修開關(guān)的合上與斷開也要做相應(yīng)的試驗(yàn)，特別是某些廠家型號的UPS支持在UPS主機(jī)逆變器運(yùn)行狀態(tài)下強(qiáng)制合上檢修旁路，然后UPS自動關(guān)機(jī)的功能，一定要進(jìn)行試驗(yàn)，確保功能正常。同時(shí)還容易忽視的是，UPS兩路輸入的切換試驗(yàn)，通過切換試驗(yàn)驗(yàn)證ATS裝置的動作正確性及兩路輸入電源的相序一致性。當(dāng)相序不正確時(shí)，部分UPS會啟動輸入保護(hù)，導(dǎo)致UPS自動切換到電池模式。同時(shí)，UPS關(guān)機(jī)后，如果相序不正確，部分型號主機(jī)也不能正常開機(jī)，只能工作在旁路模式。目前的UPS主機(jī)基本都支持通過網(wǎng)絡(luò)、串口、硬結(jié)點(diǎn)等多種方式接入動環(huán)管理系統(tǒng)，在將相關(guān)信號接入完成前，一定要逐個(gè)核對相關(guān)量測是否采集一致、準(zhǔn)確，相關(guān)狀態(tài)量動作是否傳送及時(shí)、正確。

2.蓄電池的維護(hù)及注意事項(xiàng)

UPS電源一般配置的是免維護(hù)的鉛酸蓄電池，但為了延長使用壽命，保障運(yùn)行穩(wěn)定安全，進(jìn)行相關(guān)維護(hù)是很有必要的。主要定期進(jìn)行充放電試驗(yàn)、內(nèi)阻測試、紅外測溫等。同時(shí)，運(yùn)行時(shí)間較長的電池，在其充放電的過程中還要進(jìn)行紅外測溫，并緊固接線端子防止長時(shí)間運(yùn)行后的螺絲松動。長期未用的蓄電池不要馬上帶負(fù)載，靜止不同廠家、型號的蓄電池混用。UPS電源嚴(yán)禁接入取暖、制冷、臨時(shí)施工電源等高耗電負(fù)載。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宮正 UPS電源在電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用與維護(hù) [J] 通訊世界2016（5）：214-215

[2] 宮正電力調(diào)度不間斷電源系統(tǒng)研究 [J] 2010（28）：88-89