不間斷電源解決方案解析

□ 文/李福興 賴文利 薛揚(yáng)

不間斷電源解決方案解析

□ 文/李福興 賴文利 薛揚(yáng)

新方案提高了電力集控中心不間斷電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，這種改造方式為將來克拉瑪依電力集控中心、變電所的設(shè)計和改造提供了經(jīng)驗和借鑒。

電力，已經(jīng)成為當(dāng)今人類生活須臾不可或缺的重要組成部分, 而電力控制系統(tǒng)則是電力設(shè)備可靠、高效運(yùn)行的保證。電力控制必須具備安全可靠的控制電源，在電力工程中，控制電源分為兩類，一類是直流電源，另一類是交流電源。電力集控中心為控制、信號、保護(hù)、自動裝置及斷路器機(jī)構(gòu)等供電的直流電源系統(tǒng)，通常稱為直流操作電源；為計算機(jī)監(jiān)控、交換機(jī)、遠(yuǎn)動通信等設(shè)備供電的交流不間斷電源系統(tǒng)，通常稱為交流操作電源。直流操作電源的模式十分成熟、穩(wěn)定；而交流不間斷電源系統(tǒng)的模式比較多樣，有一主一從串聯(lián)冗余、一用一備并聯(lián)冗余、互為備用并列冗余、二主一從串聯(lián)冗余及新型N+1并聯(lián)冗余等模式。冗余連接方式有多種，各有優(yōu)缺點，考慮方案時要根據(jù)實際負(fù)載情況選擇合適的模式。

不間斷電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

克拉瑪依電網(wǎng)由北郊集控中心、八零一集控中心、百口泉集控中心、石西集控中心4個集控中心分布管理。2009-2010年上半年，由于交流不間斷電源系統(tǒng)在電網(wǎng)故障情況下不能保持不間斷供電，集控中心一度陷入癱瘓狀態(tài)，導(dǎo)致故障擴(kuò)大，信息不暢，處理不夠及時。

電力集控中心不間斷電源主要由“直流動力+逆變電源”組成，現(xiàn)有的逆變電源是從直流操作電源系統(tǒng)取得直流電，通過逆變器輸出交流電源，主要為一些重要的電力集控中心設(shè)備（遠(yuǎn)動測控計算機(jī)、管理計算機(jī)等）提供不間斷電源，亦稱電力UPS。對于電力集控中心，采用的是專用的UPS電源。電力專用UPS裝置，正常工作時是在線模式。

其工作狀態(tài)是交流輸入經(jīng)過輸入隔離變壓器和整流電路后與直流輸入并聯(lián)，在線逆變后經(jīng)過輸出隔離變壓器給重要負(fù)載供電。平常工作時，逆變器輸入端的直流電壓略高于直流屏電池組直流輸入端的電壓，一旦輸入的交流斷電，直流屏電池自動給逆變器供電。因此，交流輸出仍保持不間斷。同樣，萬一直流斷電，在交流電網(wǎng)有電時也不影響交流輸出，因此實現(xiàn)了交直流0間斷的切換，也避免了由于市電電網(wǎng)電壓波動及干擾帶來的影響。

克拉瑪依電力集控中心不間斷電源系統(tǒng)現(xiàn)用方案，是配置兩臺相同容量的電力UPS裝置，自帶旁路，一用一備并列冗余，單母線接線，輸出經(jīng)靜態(tài)開關(guān)切換裝置向負(fù)載供電。由于兩臺UPS是經(jīng)同一個切換開關(guān)輸出，為保證切換時間滿足要求，兩臺UPS的旁路輸入必須取同一個交流電源。

百口泉電力集控中心使用這種方案，直流電池容量為65AHX2，逆變器配置為4000VA，在線式2臺，平均逆變負(fù)荷一般為2.71KW，單臺逆變器容量冗余度大于30%。2010年初，百口泉電力集控中心發(fā)生故障，發(fā)生故障前，兩臺逆變器顯示正常，1#逆變器處于工作狀態(tài)，2#逆變器為備用；故障發(fā)生時，全集控中心失電，1#逆變器故障燈亮，1#、2#逆變器自動切換后，2#逆變器未能正常工作，此時直流輸入電壓235V，逆變輸出電壓為0V，導(dǎo)致后臺機(jī)及歷史服務(wù)器失電，斷開逆變總輸出開關(guān)后，再重新啟動2#逆變器正常，合上逆變總輸出開關(guān)，逐步投入負(fù)荷，2#逆變器工作狀態(tài)正常。

雖然百口泉電力集控中心逆變器容量為2×4KVA ，但實際使用容量一直為單臺容量4KVA，裕度并不大。該電力集控中心主站后臺有10臺左右電腦加上通訊設(shè)備，一起啟動，整體負(fù)荷切入到2#上，因為瞬間啟動負(fù)荷電流太大，造成2#逆變器不能正常工作。整體負(fù)荷切換時，該逆變器功率余量不夠，偏小。造成逆變器出現(xiàn)瞬間過載而不能正常工作。逆變器的用戶手冊要求配備應(yīng)以設(shè)備標(biāo)稱的功率為準(zhǔn)，而且要留有30%的功率余量，才能保證可靠供電。

電力集控中心采用這種方案，一是逆變器配備的容量不小，整體冗余容量雖大，但實際工作容量為單臺UPS，裕度并不大，而且容量比較浪費(fèi)。百口泉電力集控中心為2×4KVA，實際使用容量一直為單臺容量4KVA。二是1#、2#逆變器切換時有時間差，由于單臺裕度不大，整體負(fù)荷切換容易造成逆變器出現(xiàn)瞬間過載而不能正常工作。不能及時恢復(fù)集控中心交流工作電源。三是任何一個DC/AC模塊故障將導(dǎo)致該臺逆變電源無法提供正常交流輸出。

不間斷電源系統(tǒng)解決方案

經(jīng)過對原方案的分析，我們對電力集控中心不間斷電源系統(tǒng)提出了解決方案，采用新型N+X冗余并聯(lián)技術(shù):可靠性高；系統(tǒng)無需任何附加的并聯(lián)柜；系統(tǒng)的并聯(lián)運(yùn)行由內(nèi)部微處理器實現(xiàn)；系統(tǒng)采用無主從均流方式，高精度均分負(fù)載。這種方案是采用N+1臺具有并機(jī)功能的UPS模塊并聯(lián)，單臺不帶旁路，設(shè)集中旁路切換裝置，單母線接線，通過集中旁路切換裝置向負(fù)載供電，并聯(lián)UPS模塊輸出均分負(fù)載，滿足N+1冗余模式，其中一個模塊故障時其余模塊仍能正常工作。

百口泉電力集控中心采用該方案改造，逆變模塊為4×2KVA, 每個模塊容量為2KVA，總配置容量不變，仍為8KVA。4個模塊并聯(lián)運(yùn)行，均分負(fù)荷，工作時4個模塊都承擔(dān)1/4負(fù)荷，和其所帶逆變負(fù)荷相比，逆變器冗余度大于60%。一個模塊故障時，其他3個模塊工作，裕度也達(dá)到了45%,由于不存在負(fù)荷切換，對計算機(jī)這類設(shè)備和逆變設(shè)備本身都有利。

這種方案優(yōu)點在于解決了原方案中出現(xiàn)的問題，一是配備容量一樣的情況下，實際工作容量比原來至少大1/2，逆變器冗余度高。二是由于模塊都在正常工作，不存在負(fù)荷切換問題，避免了對負(fù)荷設(shè)備和自身設(shè)備的啟動沖擊，三是由于采用了DC/AC多模塊并聯(lián)方式，一個DC/AC模塊故障不影響DC/AC的輸出。新方案提高了電力集控中心不間斷電源系統(tǒng)的可靠性，不間斷電源負(fù)荷實現(xiàn)了0秒切換，四是擴(kuò)容方便，可支持不可預(yù)見的功率密度，降低了傳統(tǒng)不間斷電源的擴(kuò)容、升級的風(fēng)險。這種改造方式在百口泉電力集控中心應(yīng)用后，效果良好。

結(jié)語

經(jīng)過運(yùn)行表明，該方式是可靠有效的，不間斷電源在電力集控中心中的重要作用是不言而喻的，是電力集控中心各個主要設(shè)備的工作電源和操作電源，不間斷電源設(shè)備的好壞直接關(guān)系和影響到一個電力集控中心運(yùn)行的可靠性和安全性。新方案提高了電力集控中心不間斷電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，這種改造方式為將來克拉瑪依電力集控中心、變電所的設(shè)計和改造提供了經(jīng)驗和借鑒。

作者單位： 中國石油新疆油田公司供電公司

責(zé)任編輯 許宗蔭