自備電源及不間斷電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)分析

【摘要】交流不間斷電源系統(tǒng)為變電站自動化系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警裝置等重要負(fù)荷提供高質(zhì)量、穩(wěn)定可靠的不間斷電源，是電網(wǎng)調(diào)度自動化和變電站監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵電源設(shè)備。本文結(jié)合工程實(shí)際，分析變電站交流不間斷電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用中需要注意的一些問題。

【關(guān)鍵詞】自備電源；不間斷電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)；技術(shù)分析

一、自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組

為了保證一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷用電，或中斷供電將會造成重大損失時(shí)，應(yīng)設(shè)置自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組。

1.機(jī)房

自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的機(jī)房應(yīng)包括發(fā)電機(jī)房、控制及配電室、燃油準(zhǔn)備及處理間等。

機(jī)房應(yīng)設(shè)置在靠近一級負(fù)荷或變電站的地方，可布置在坡屋、裙房的首層或附屬建筑內(nèi)，也可位于地下層，但應(yīng)避開主要出口通道。

2.容量

發(fā)電機(jī)組的容量與臺數(shù)應(yīng)根據(jù)應(yīng)急負(fù)荷大小、投入順序以及單臺電動機(jī)最大啟動容量等因素綜合考慮確定。機(jī)組總臺數(shù)不宜超過兩臺。初步設(shè)計(jì)時(shí)可按變壓器容量的10%一20%估算柴油發(fā)電機(jī)組的容量。施工設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)一級負(fù)荷、消防負(fù)荷以及某些重要的二級負(fù)荷容量，按穩(wěn)定負(fù)荷、最大單臺電動機(jī)或成組電動機(jī)啟動容量以及電動機(jī)啟動時(shí)母線允許的電壓降來計(jì)算發(fā)電機(jī)的容量。

3.選型

當(dāng)選用多臺機(jī)組時(shí)，應(yīng)選擇型號、規(guī)格和特性相同的成套設(shè)備，所用燃油性質(zhì)應(yīng)一致。

一般應(yīng)選用高速柴油發(fā)電機(jī)組和無刷型自動勵(lì)磁裝置，選用的機(jī)組應(yīng)裝設(shè)快速自動啟動及電源自動切換裝置及連續(xù)三次自動啟動功能。

4.機(jī)房設(shè)備布置

自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)房設(shè)備布置應(yīng)符合機(jī)組運(yùn)行工藝要求，力求緊湊、經(jīng)濟(jì)合理、保證安全及便于維修。

5.發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接地

（1）單臺機(jī)組的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)應(yīng)直接接地；（2）當(dāng)有兩臺機(jī)組并列運(yùn)行時(shí)，在任何情況下至少應(yīng)保持一臺發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)電抗器與中性線連接，也可采用中性線經(jīng)刀開關(guān)與接地線連接；（3）中性線刀開關(guān)可根據(jù)發(fā)電機(jī)允許的不對稱負(fù)荷電流及中性線上可能出現(xiàn)的負(fù)荷電流選擇。在各相電流均不超過額定位的情況下，發(fā)電機(jī)允許各相電流之差不超過額定值的20%；（4）采用裝設(shè)中性線電抗器這種方法時(shí)，應(yīng)考慮既能使中性線諧波電流限制在允許范圍內(nèi)，又能保證中性點(diǎn)電壓偏移不太大。電抗器的額定電流可按發(fā)電機(jī)額定電流的25%選擇，阻抗值按通過額定電流時(shí)端電壓小于10v選擇。

6.柴油發(fā)電機(jī)組的保護(hù)和控制

（1）柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)設(shè)短路、過載、接地故障及過、欠電壓保護(hù)裝置；（2）當(dāng)兩臺機(jī)組并列運(yùn)行且無人經(jīng)常值班時(shí)，應(yīng)設(shè)逆功率保護(hù)；（3）機(jī)組控制方式有機(jī)旁控制、控制室集中控制和自動控制三種?？刂葡到y(tǒng)按功能可分為起停裝置、并車裝置、額載調(diào)書裝置、總體邏輯控制、事故處理和報(bào)警裝置、附有系統(tǒng)控制裝置及電源控制裝置等。具體配置按機(jī)組自動化等級確定；（4）柴油發(fā)電機(jī)組嚴(yán)禁與電力系統(tǒng)電源并網(wǎng)運(yùn)行，應(yīng)設(shè)置防止誤并網(wǎng)的可靠連鎖，包括雙電源互投開關(guān)的機(jī)械、電氣連鎖和供配電監(jiān)控管理系統(tǒng)的軟管理；（5）機(jī)組的機(jī)旁控制應(yīng)滿足機(jī)旁人工啟動、調(diào)速、停機(jī)的要求；機(jī)房與值班室（或消防控制室）間應(yīng)設(shè)必要的聯(lián)絡(luò)信號；也可裝設(shè)自期待裝置；（6）機(jī)組的控制室集中控制除應(yīng)滿足機(jī)旁控制的要求外，還應(yīng)能在控制室或配電室控制或監(jiān)視以下全部或部分功能，同時(shí)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置蓄電池組作為控制電源，并設(shè)整流充電設(shè)備。

二、不間斷電源

1.不間斷電源設(shè)備的選擇

（1）不間斷電源設(shè)備輸出功率，應(yīng)按下列條件選擇：1）不間斷電源設(shè)備對電子計(jì)算機(jī)供電時(shí)，其輸出功率應(yīng)大于電子計(jì)算機(jī)各設(shè)備額定功率總和的1.5倍；對其他用電設(shè)備供電時(shí)，為最大計(jì)算負(fù)荷的1.3倍；2）負(fù)荷的最大沖擊電流不應(yīng)大于不間斷電源設(shè)備的額定電流的150%。

（2）不間斷電源裝置配套的整流器容量，應(yīng)大于或等于逆變器需要容量與蓄電池直供的應(yīng)急負(fù)荷之和。

（3）不間斷電源的過壓保護(hù)除應(yīng)符合GD/T 3886.1—2001《半導(dǎo)體電力變流器》關(guān)于過電壓保護(hù)的規(guī)定外，對沒有輸出電壓穩(wěn)定措施的不間斷電源，應(yīng)有輸出過電壓的防護(hù)措施，以使負(fù)荷免受輸出過電壓的損害。

（4）不間斷電源的過電流保護(hù)應(yīng)能保證在負(fù)荷發(fā)生短路或電流超過允許的極限時(shí)及時(shí)動作，使其免受浪涌電流的損傷。

（5）不間斷電源設(shè)備用的不間斷電源開關(guān)類型的選擇，可根據(jù)供電連續(xù)性的要求，選用機(jī)械式、電子式自動的和手動的開關(guān)。

（6）不間斷電源正常運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)牛的噪聲，不應(yīng)超過80dB，對于額定輸出電流在5A及以下的小型不間斷電源，不應(yīng)超過85dB。

2.不間斷電源系統(tǒng)的交流電源

（1）不間斷電源系統(tǒng)宜采用兩路電源供電。當(dāng)備用電源為柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)其機(jī)組不應(yīng)做旁路電源；（2）當(dāng)不間斷電源設(shè)備交流輸入側(cè)電壓多不能滿足要求時(shí)，宜采用有載調(diào)壓變壓器或其他調(diào)壓措施；（3）不間斷電源系統(tǒng)的交流電源不宜與其他沖擊性負(fù)荷出同一的變壓器及母線段供電；（4）不間斷電源系統(tǒng)的輸入、輸出回路宜采用電纜。

3.蓄電池

（1）蓄電池組容量應(yīng)根據(jù)停電后由其維持供電時(shí)間長短的要求選定。不間斷電源系統(tǒng)用的蓄電池需在常溫下能瞬時(shí)啟動，宜選用堿性或酸性蓄電池；（2）蓄電池的額定放電時(shí)間宜按下列條件確定：

1）不間斷電源系統(tǒng)在交流輸入發(fā)牛故障后，為保證用電設(shè)備按照操作順序進(jìn)行停機(jī)時(shí)，其蓄電池的額定放電時(shí)間可按停機(jī)所需最長時(shí)間來確定，一般可取8—15m2）當(dāng)有備用電源時(shí)，不間斷電源系統(tǒng)在交流輸入發(fā)生故障后，為保證用電設(shè)備供電連續(xù)性，并等待備用電源投入，其蓄電池額定放電時(shí)間的確定，一般可取10一30mm；2）如有特殊要求，其蓄電池額定放電時(shí)間可根據(jù)負(fù)荷特性來確定。

4.對不間斷電源的監(jiān)測及諧波污染的治理

（1）對不間斷電源的下列運(yùn)行狀況、參數(shù)及報(bào)警信號應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測：

1）逆變器工作電壓、電流及過載、過流、過壓、過溫等報(bào)管信號；2）電池電壓、電流、浮充、均充以及預(yù)告警、故障等信號；3）對于容量較大、可靠性要求高的不間斷電源的電池還應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測每塊單體電池的內(nèi)阻，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池是否失效或即將失效；4）整流器工作以及關(guān)閉、鎖定、高溫等報(bào)警信號；5）靜態(tài)開關(guān)狀態(tài)（市電正常、市電帶載、逆變器帶載）靜態(tài)開關(guān)鎖定等報(bào)警信號；6）維修旁路斷路器狀態(tài)信號等。

（2）不間斷電源的整流及逆變設(shè)備都會產(chǎn)生高次諧波，對電源造成諧波污染。誰污染誰治理的原則，應(yīng)對其進(jìn)行治理。鑒于不間斷電源的諧波次數(shù)及含量相對固定，可采用由LC諧振回路構(gòu)成的無源濾波器進(jìn)行吸收或補(bǔ)償。

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