變電站用UPS系統(tǒng)淺析

摘要：介紹了變電站用UPS系統(tǒng)的種類，接線。就忻州供電分公司的變電站用UPS系統(tǒng)現(xiàn)狀分析了其運(yùn)行情況。指出了變電站用UPS系統(tǒng)常見問題，維護(hù)注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：UPS 運(yùn)行 維護(hù)

0 引言

UPS（Uninterruptible Power Supply）意為不間斷電源系統(tǒng)，它能夠?yàn)樨?fù)載提供連續(xù)穩(wěn)定的交流電能。近年來變電站均使用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)來監(jiān)視和控制設(shè)備，如計(jì)算機(jī)失電，將失去監(jiān)控，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此現(xiàn)變電站均裝有UPS不間斷電源系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行供電。

1 變電站用UPS的種類

1.1 主從機(jī)型。主從機(jī)型就是利用兩臺(tái)UPS系統(tǒng)，分為主機(jī)和從機(jī)，將UPS1（從機(jī)）輸出連接到UPS2（主機(jī)）的備用電源（也有叫旁路電源的），正常運(yùn)行時(shí)由UPS2的輸出交流電供給負(fù)載，當(dāng)UPS2發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)切換到UPS1輸出交流電供給負(fù)載。主機(jī)正常時(shí)100%地承擔(dān)負(fù)載電流，故障時(shí)，由從機(jī)提供后備電源。由于備用UPS是在主機(jī)旁路處處于等待工作狀態(tài)，故稱為熱備份。其UPS1和UPS2的正常工作原理與上面介紹的單機(jī)型一致。較早投產(chǎn)220kV綜自變電站使用。

1.2 并機(jī)型。并機(jī)型就是兩臺(tái)UPS系統(tǒng)并列運(yùn)行，將UPS1輸出和UPS2的輸出并列，正常運(yùn)行時(shí)負(fù)載由兩臺(tái)UPS平均分配，當(dāng)其中一臺(tái)UPS發(fā)生故障時(shí)負(fù)載由另一臺(tái)供給。其UPS1和UPS2的正常工作原理與上面介紹的單機(jī)型一致。近期投產(chǎn)的220kV綜自變電站使用。

1.3 并機(jī)型與主從機(jī)型相比，具有的特點(diǎn)。①并機(jī)型工作在兩臺(tái)均運(yùn)行互為備用方式，以后也可擴(kuò)建；而主從機(jī)型則只能提供一定程度的冗余，只能從機(jī)作為主機(jī)的備用，而主機(jī)不能作為從機(jī)備用。②在并機(jī)型運(yùn)行中，每臺(tái)都可以在完全斷電的情況下進(jìn)行維修而不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)在線維護(hù)；而主從機(jī)型則不能使其中的1臺(tái)在完全斷電的情況下進(jìn)行維修，特別是主機(jī)絕對(duì)不能完全斷電，而從機(jī)完全斷電時(shí)也會(huì)使主機(jī)處于報(bào)警狀態(tài)，此時(shí)逆變裝置一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)造成對(duì)負(fù)載的供電中斷。③主從機(jī)型中2臺(tái)UPS處于主機(jī)一從機(jī)工作狀態(tài)，當(dāng)主機(jī)靜態(tài)開關(guān)發(fā)生故障時(shí)，將可能中斷整個(gè)系統(tǒng)供電，出現(xiàn)瓶頸故障。而且在市電故障、市電超限時(shí)，因UPS封鎖旁路而導(dǎo)致主、從機(jī)無法切換，造成熱備份失效。并機(jī)型中，2臺(tái)UPS的輸出都接在母線上，就不存在該種故障點(diǎn)，提高了運(yùn)行可靠性。④并機(jī)型中，每臺(tái)UPS的直流輸入來自一組蓄電池，如變電站用電停電時(shí)，UPS所供負(fù)荷由兩組蓄電池共同供電（現(xiàn)主網(wǎng)220kV及以上變電站均配置兩組蓄電池）。而主從機(jī)型中，從機(jī)長期處于備用狀態(tài)，由主機(jī)的直流輸入（一組蓄電池）帶全部負(fù)荷。⑤在并機(jī)型中，由于2臺(tái)UPS的運(yùn)行都處于均等的情況，使得每臺(tái)的性能都得到充分發(fā)揮；而不像主從機(jī)型那樣，主機(jī)總帶滿負(fù)載運(yùn)行，從機(jī)總空載運(yùn)行，空耗電，其平均無故障工作時(shí)間偏低。因而，并機(jī)型系統(tǒng)有利于提高運(yùn)行效率。

2 變電站用UPS系統(tǒng)的運(yùn)行

2.1 UPS系統(tǒng)所供負(fù)荷。正常運(yùn)行UPS系統(tǒng)所供負(fù)荷不能超過本身的額定容量，特別是雙機(jī)型所供負(fù)荷不能超過一臺(tái)的額定容量。應(yīng)供給的負(fù)荷有：主控室的后臺(tái)機(jī)、五防閉鎖裝置、視頻圖像監(jiān)視系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、電度表集抄器。早期投產(chǎn)變電站有部分綜自系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為交流電源交換機(jī)，如網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)失電站控層和間隔層通訊將全部中斷，影響嚴(yán)重，其電源必須由UPS供給。另外調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)路由器是否有單獨(dú)的UPS供電，如無，其電源必須由站內(nèi)公共UPS供給。

2.2 UPS系統(tǒng)的正常檢查。變電站的UPS系統(tǒng)運(yùn)行人員必須按照規(guī)定的周期，定期巡視檢查。項(xiàng)目一般有：檢查UPS主機(jī)是否在逆變狀態(tài)工作，“市電”“逆變”指示燈正常點(diǎn)亮，“故障”指示燈熄滅，主機(jī)LCD液晶顯示屏無故障信息，主機(jī)散熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常。UPS電源柜的交流輸入電壓與此時(shí)站用電系統(tǒng)電壓一致，直流輸入電壓與此時(shí)直流蓄電池端電壓一致，輸出電壓應(yīng)在218～222V之間（220±1%），輸出電流1KVA小于4.5A、3KVA小于13.6A、5KVA小于22.7A。各輸入和輸出空氣開關(guān)均在合位，維修旁路開關(guān)在分位。檢查屏面整潔無異常聲響和異味，檢查屏內(nèi)各接頭部位有無過熱和松動(dòng)現(xiàn)象等。

3 變電站用UPS系統(tǒng)的注意事項(xiàng)

3.1 不能長期按照額定功率來運(yùn)行UPS，適度控制好UPS電源的連接負(fù)載，按照本文2.1條要求進(jìn)行連接負(fù)載，保證UPS的負(fù)載量不超過其額定功率的85%。

3.2 不要把電感性負(fù)載連接到UPS電源上。由于電感性負(fù)載在接通電源或者斷開電源的一瞬間，會(huì)產(chǎn)生振蕩電流，這種電流的峰值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于UPS電源所能承受的電流值，這種振蕩電流很容易引起UPS的瞬時(shí)超載，如果超載的次數(shù)很多的話，將會(huì)大大縮短UPS電源的使用壽命，甚至導(dǎo)致UPS故障。

某變電站就將主變的有載調(diào)壓電機(jī)和斷路器儲(chǔ)能電機(jī)等電感性負(fù)載連接到UPS電源上。在一次全站停電檢修中頻繁進(jìn)行調(diào)壓和斷路器傳動(dòng)導(dǎo)致UPS電源故障，后臺(tái)機(jī)失去電源，嚴(yán)重影響綜自系統(tǒng)的檢修調(diào)試和后期送電操作。

3.3 應(yīng)確保與UPS負(fù)載出線使用空氣開關(guān)，下一級(jí)同時(shí)也盡量使用空氣開關(guān)，空氣開關(guān)的額定電流與負(fù)載相匹配，不宜過大或過小。舊式開關(guān)由于采用的是熔斷式保險(xiǎn)絲，就不容易及時(shí)切斷故障電源，造成UPS短時(shí)嚴(yán)重過載停止運(yùn)行，甚至燒損UPS。

某變電站后臺(tái)機(jī)插座短路，結(jié)果分路開關(guān)未跳閘，造成UPS主機(jī)停機(jī)，幸虧UPS未燒壞，后重啟正常。檢查發(fā)現(xiàn)UPS電源屏的后臺(tái)機(jī)分路開關(guān)容量過大，并在負(fù)荷端無保護(hù)，更換UPS電源屏的后臺(tái)機(jī)分路開關(guān)和在后臺(tái)機(jī)插座處加裝空氣開關(guān)。

3.4 運(yùn)行人員應(yīng)定期對(duì)UPS系統(tǒng)進(jìn)行巡視檢查，巡視項(xiàng)目按照本文2.2條進(jìn)行。發(fā)現(xiàn)問題和故障及時(shí)通知有關(guān)部門，進(jìn)行及時(shí)的處理。

3.5 運(yùn)行人員應(yīng)定期對(duì)UPS系統(tǒng)進(jìn)行切換試驗(yàn)。如交、直流的互相切換，旁路的切換，雙機(jī)之間的切換等等。在對(duì)UPS系統(tǒng)進(jìn)行切換試驗(yàn)時(shí)，正確對(duì)UPS電源進(jìn)行操作，避免人為操作失誤性故障。UPS電源對(duì)操作一定正確，在打開UPS時(shí)，應(yīng)先開UPS電源輸入開關(guān)，然后再打開UPS主機(jī)的開關(guān)；在關(guān)機(jī)時(shí)，應(yīng)該先關(guān)閉UPS主機(jī)的開關(guān)，然后再斷開輸入開關(guān)。不要頻繁開關(guān)UPS電源。由于頻繁開關(guān)會(huì)產(chǎn)生尖端電流，這些電流可能會(huì)讓UPS電源內(nèi)部的晶體管的交流保險(xiǎn)絲熔斷，從而損壞UPS電源，在開關(guān)之間至少要有6秒鐘以上的時(shí)間間隔。變電站運(yùn)行人員的切換也不宜頻繁進(jìn)行，每半年進(jìn)行一次即可。

3.6 蓄電池在UPS電源系統(tǒng)中占有十分重要的地位，據(jù)省電科院統(tǒng)計(jì)約有40%-50%以上的UPS電源故障與UPS蓄電池有關(guān)。無論作為UPS故障的起因還是結(jié)果，UPS蓄電池的失效表現(xiàn)為內(nèi)阻增大、端電壓不夠、容量不足或放電電流不滿足帶載啟動(dòng)要求等。因此在運(yùn)行和維護(hù)UPS電源時(shí)，正確認(rèn)識(shí)UPS蓄電池，科學(xué)使用UPS蓄電池。UPS系統(tǒng)的直流電由本站蓄電池供電的情況要好一點(diǎn)，因?yàn)槠湫铍姵夭还饨oUPS供電，而且?guī)局绷髫?fù)荷，地位比較重要，平時(shí)的巡視、維護(hù)都比較到位，并且配置專門的充電機(jī)，容量較大至少在100AH以上，220kV及以上變電站均兩組300AH蓄電池，完全滿足瞬間切換時(shí)帶載啟動(dòng)。但也有UPS系統(tǒng)是自帶蓄電池型，這種UPS蓄電池運(yùn)行和維護(hù)要注意：定期檢查電池的端電壓。如果電壓偏低就應(yīng)該使用均衡的恒壓限流充電，若不奏效，只能換新電池。如果當(dāng)?shù)亻L期不停電，必須定期人為中斷供電，使UPS帶負(fù)載放電。因?yàn)殚L期沒斷過電，所以你一直以為它是在正常工作的，而實(shí)際上一旦斷電，它只能提供很短的延時(shí)甚至根本沒有延時(shí)，原因就是蓄電池長期處于浮充的充電狀態(tài)。

4 結(jié)論

總之，在變電站正常運(yùn)行時(shí)，UPS系統(tǒng)是個(gè)不起大作用的設(shè)備，是個(gè)宜被忽視的環(huán)節(jié)，但在事故情況下特別是全站停電等事故時(shí)，它起很大作用?，F(xiàn)我們提倡加強(qiáng)應(yīng)急管理，那UPS系統(tǒng)也應(yīng)算一部分，應(yīng)加強(qiáng)變電站UPS系統(tǒng)的巡視維護(hù)，確保其時(shí)刻處于良好狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：王財(cái)（1973-），男，山西河曲人，1999年畢業(yè)于太原電專電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師。