UPS電源接入系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

王 浩

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司能源中心，江蘇南京210035）

UPS電源接入系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

王 浩

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司能源中心，江蘇南京210035）

敘述了基于UPS電源技術(shù)的控制回路饋電屏的優(yōu)化設(shè)計。該供電模式可控性高，在外網(wǎng)電壓大幅波動或瞬時斷電的情況下能夠維持控制回路正常運行，避免停機停爐事故。

冗余；控制回路；晃電

1 引言

南鋼能源中心發(fā)電機組由三臺50 MW發(fā)電機組成，電氣一次系統(tǒng)設(shè)計為單元制機組經(jīng)75 MVA主變升壓至110 kV，經(jīng)過110 kV開關(guān)室內(nèi)SF6主開關(guān)并網(wǎng)。正常運行時發(fā)電機出口分支經(jīng)過800 A限流電抗器帶10 kV廠用電，各段備用進線開關(guān)柜運行于備用自投狀態(tài)。10 kV、380 V廠用電分為四段。異常狀態(tài)下，用分支跳閘后相應備用進線備自投合閘。

在運行過程中我們發(fā)現(xiàn)，由于備自投開關(guān)的固有動作時間會導致接觸器發(fā)生脫扣的情況。在電網(wǎng)發(fā)生短路或波動較大時，也發(fā)生過接觸器脫扣的現(xiàn)象，從而導致事故擴大。2011年7月由于鍋爐送風機的控制回路電纜損壞，造成控制回路總開關(guān)跳閘，1#鍋爐兩臺180 kW送風機接觸器脫扣，鍋爐MFT保護動作1#機組被迫停運。這起事故促使我們研究必須找出一種可靠、成熟、穩(wěn)定的控制回路供電方案，能夠滿足機組備自投、電網(wǎng)電壓波動時不會造成接觸器脫扣。

2 初步設(shè)計

經(jīng)過研究我們打算單獨設(shè)計一臺控制系統(tǒng)UPS饋電屏，每臺輔機控制回路單獨經(jīng)過4 A的空氣開關(guān)輸出，互不影響。采用在線式UPS電源C6KS2臺，配外部12 V24 AH電池2組各8節(jié)。兩臺UPS通過并機卡同步并聯(lián)冗余運行，兩臺UPS市電2路進線分別引自380 V一段、二段，經(jīng)過繼電器優(yōu)選后通過控制接觸器實現(xiàn)兩路市電互為備用自投，每路出線分支帶紅色運行指示燈。

3 UPS并機方案

3.1 串機熱備份

早期UPS產(chǎn)品由于尚不成熟，為避免由于UPS本身功率模塊的故障而引發(fā)供電系統(tǒng)供電中斷，而采用串機熱備份方案，也稱主備機串聯(lián)方案，即主機帶負載，備機空載，備機接入主機的BYPASS（旁路）輸入端組成串機連接方式。這種方案的缺點是備機長期處于空載狀態(tài)使用率較低，兩機老化不一致，備機電池長期處于浮充狀態(tài)，影響電池壽命。由于只有一臺機器帶負載，瞬時過載能力低，安全可靠性有限，不能滿足用戶的更高安全要求，目前已很少采用此種串聯(lián)熱備份方案。

3.2 串機互為熱備份

兩臺機器分別帶負載，每臺機器的輸出分別接入另一臺機器的BYPASS（旁路）輸入端，組成互為主備的UPS系統(tǒng)。這是主從熱備份的改進型方案，是人工一次分配負載的UPS冗余熱備份。此方案不存在串機熱備份方案中的備機電池長期浮充狀態(tài)以及備機使用效率低的問題，除保留主從熱備份的優(yōu)點外全部克服其缺點，瞬時過載能力強，沒有冗余并機方案的致命弱點———環(huán)流，缺點是需要由人工分配預先負載，如果負載功率不能由人工分配時，此方案不適用。

圖1 串機熱備份

圖2 串機互為熱備份

3.3 并機互動熱備份

兩機單體并行運行，通過STS轉(zhuǎn)換開關(guān)接入負載（如圖3所示），本方案中的兩臺UPS采用單元互動形式，通過STS開關(guān)的預先設(shè)置來選擇負載由UPS1或者UPS2供電，實現(xiàn)負載分配，當任何一臺UPS故障無輸出時，STS開關(guān)會在幾毫秒之內(nèi)轉(zhuǎn)換到另一臺UPS為負載供電，這是無故障UPS承擔100%負載。由于采用單元互動，使得系統(tǒng)故障幾率大大降低，UPS可輪換工作，沒有瓶頸故障點，缺點是瞬時過載能力低。

圖3 并機互動熱備份

3.4 “1+1”并機熱備份方案

兩臺UPS在同一控制程序下穩(wěn)定地協(xié)調(diào)工作，通過并機柜、并機模塊或者并機板實現(xiàn)自動并機，自動均分負載。以1+1并機為例，正常工作時兩臺UPS各承擔50%負載；若其中一臺UPS出現(xiàn)故障，另一臺UPS自動承擔100%負載，故障UPS自動退出并機模式；當故障UPS維修好以后可直接投入并機，兩臺UPS自動均分負載；若故障UPS退出并機還沒有維修好，而帶載UPS也出現(xiàn)故障，此時將自動切換至帶載UPS的旁路；當兩臺UPS全部維修好以后，按并機開啟步驟可將兩臺UPS投入到“1+1”并機工作狀態(tài)。

圖4 “1+1”并機熱備份

4 市電與饋出電路設(shè)計

4.1 市電一路接入UPS

380 V一段引一路電源，分別接入兩臺UPS，當發(fā)生市電中斷時2臺UPS工作在逆變模式，供給控制回路AC 220 V電源。當UPS逆變模塊發(fā)生故障時自動切換到旁路繼續(xù)供電。缺點：如果蓄電池放電到終止電壓時，若市電一路還沒有恢復正常，那么UPS會停止工作，控制回路失電。

圖5 市電一路接入UPS

4.2 兩路市電通過STS優(yōu)選接入UPS

工作原理：當二路市電都正常供電時，市電一路通過STS(STS以市電一路為優(yōu)先設(shè)置)向UPS整流器正常供電，旁路電源有效，UPS發(fā)生故障時可以直接轉(zhuǎn)到旁路工作。當市電一路發(fā)生故障(電壓、頻率超出UPS輸入范圍)時，UPS整流器停止工作，逆變器由蓄電池放電提供電源工作。STS自動轉(zhuǎn)到市電二路工作，UPS輸入得到市電二路電源后，UPS整流器自動啟動工作向逆變器供電同時向蓄電池充電，UPS發(fā)生故障后會自動不間斷地轉(zhuǎn)到旁路工作。此種方式供電較為可靠，但需要增加投資購置一臺STS自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。缺點：STS為專業(yè)設(shè)備，集成程度高，一般操作工點巡檢時很難發(fā)現(xiàn)異常，一旦STS自動轉(zhuǎn)換開關(guān)發(fā)生故障，UPS有可能兩路電源同時失去，待蓄電池電量耗盡后，控制回路失電。

圖6 STS優(yōu)選接入UPS

4.3 兩路市電經(jīng)過繼電器優(yōu)選

工作原理兩路市電分別由380 V一段、二段引入，ZJ1交流中間繼電器進行電源優(yōu)選與狀態(tài)監(jiān)控，主回路市電經(jīng)過KM1接觸器送入UPS，ZJ2中間繼電器對主回路供電工作情況進行監(jiān)控，一旦主回路失電ZJ2中間繼電器控制KM2接觸器閉合，確保第二路市電投入。ZJ1、ZJ2常開觸點分別接入紅燈作為工作指示。此種設(shè)計簡單可靠，較為傳統(tǒng)，一般電氣人員便能掌握運行和維護方法。運行人員對電源工作狀態(tài)能夠一目了然。

圖7 兩路市電經(jīng)過繼電器優(yōu)選

4.4 饋電回路設(shè)計

饋電回路設(shè)計為2臺UPS分段輸出，設(shè)計一臺32 A空氣開關(guān)作為母聯(lián)。正常運行時母聯(lián)合上，兩臺UPS并列運行，同時兩臺UPS也具備分列運行的性能。每臺發(fā)電機組的單雙號輔機控制回路電源分別接到1#UPS、2#UPS，最大程度的提高機組運行的可靠性。每個負載通過4 A單極小空開輸出，每個負載抽屜柜內(nèi)同時配置熔斷器，做到雙重保護。兩臺UPS總共6 kVA的容量，即使輔機控制回路發(fā)生短路，也不會對其他負載造成影響。在輔機設(shè)備檢修過程中，可以相應的停掉檢修輔機的控制回路電源。同時通過RS-485通訊線將UPS運行狀態(tài)發(fā)送至電氣綜合自動化系統(tǒng)，便于運行人員監(jiān)控，出現(xiàn)故障時會自動報警，提高了運行的可靠性。

圖8 饋電屏一次系統(tǒng)圖

5 結(jié)語

該控制系統(tǒng)饋電屏，投用至今已有一年時間，期間外部電網(wǎng)發(fā)生過幾次較大波動，低壓控制回路再未曾出現(xiàn)過接觸器脫口現(xiàn)象。從不間斷供電、蓄電池充放電深度、旁路工作切換靈活度、短路電流沖擊等方面來看，此種方案最為安全可靠，不會影響設(shè)備的工作壽命，而且不會造成UPS供電系統(tǒng)成本的顯著提高，具有推廣應用的現(xiàn)實意義。

[1]李正家．通信電源技術(shù)手冊[M]．北京：人民郵電出版社，2009.

The Optim ized Design of UPS Power Connection System

WANG Hao
(TheEnergyCenterofNanjingIron&SteelUnitedCo.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu210035,China)

The optimized design of control circuit feeder penal based on UPS power source technology was described.With high controllability this power feeding mode can maintain normal operation of the control circuit and prevent shutdown in cases of big voltage fluctuation of external power grid or instantaneous power cutoff.

redundancy;control circuit;voltage shock

TM 645.2

B

1006-6764(2014)02-0004-03

2013－09－30

王浩（1980－），男，2004年畢業(yè)于南京工程學院自動化專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)從事電氣及自動化專業(yè)技術(shù)工作。