水電廠UPS系統(tǒng)改造與優(yōu)化探討

摘要：隨著水電廠自動控制水平的不斷提高，UPS系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的重要性就越來越明顯。文章介紹了惠州蓄能水電廠廠房內(nèi)原UPS系統(tǒng)的組成、運(yùn)行方式，并根據(jù)該廠實(shí)際情況和原UPS系統(tǒng)所存在的風(fēng)險(xiǎn)和不足進(jìn)行討論，對UPS系統(tǒng)的改造和優(yōu)化進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：水電廠；UPS系統(tǒng)；自動控制；交流不停電系統(tǒng)；廠用電 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TV74 文章編號：1009-2374（2015）19-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.020

UPS交流不停電系統(tǒng)是保障水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控、安全保護(hù)、電網(wǎng)自動化調(diào)度等系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的重要設(shè)備，可為水電廠各重要系統(tǒng)提供不間斷、高質(zhì)量、穩(wěn)定可靠的電源，是水電廠正常運(yùn)行、安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。如果廠用電交流電源中斷，同時(shí)UPS系統(tǒng)不能可靠運(yùn)行，提供后備電源，那么電廠監(jiān)控、控制、調(diào)節(jié)、應(yīng)急照明等系統(tǒng)將不能正常工作，保護(hù)系統(tǒng)不能發(fā)揮作用，往往會引起安全事件、事故，造成較大的損失。

1 UPS系統(tǒng)介紹

1.1 UPS系統(tǒng)概況

圖1 原UPS系統(tǒng)示意圖

惠州蓄能水電廠廠房內(nèi)UPS系統(tǒng)主要由充電器、逆變器、蓄電池、靜態(tài)開關(guān)、輸入回路防雷措施、饋電系統(tǒng)設(shè)備（含負(fù)荷母線、負(fù)荷總開關(guān)、負(fù)荷空開、指示燈、跳閘輔助觸點(diǎn)等）、加熱照明設(shè)備等組成。配有兩套充電整流裝置，公用一組蓄電池組，每套整流器配有兩路交流電源。其系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

1.2 UPS系統(tǒng)的運(yùn)行方式

1.2.1 正常運(yùn)行方式。兩套充電裝置和逆變裝置同時(shí)工作，切換開關(guān)-Q21的A和C同時(shí)合上，而B斷開，旁路電源通過-Q21的A和C及-V21構(gòu)成跟蹤回路。

1.2.2 異常運(yùn)行方式。（1）在主用交流電源丟失的情況下，UPS電源由蓄電池逆變供電；（2）在交流電源正常的情況下，如果兩路逆變均出現(xiàn)故障停止工作，則由旁路電源供電；（3）在UPS檢修期間，可以通過將-Q21的位置旋鈕切到“Maintenance”位置，由旁路供電。

1.3 UPS系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析

采用單母線輸出，所有負(fù)荷均接到同一段母線上，由交流輸出總開關(guān)-Q24輸出，如果-Q24開關(guān)由于本身的機(jī)械故障跳開且無法合閘，將導(dǎo)致所有依賴UPS系統(tǒng)供電的交流負(fù)荷供電中斷。在交流電源丟失的情況下，如果蓄電池組供電開關(guān)-Q5跳開，也將導(dǎo)致所有依賴UPS系統(tǒng)供電的交流負(fù)荷供電中斷，引發(fā)一系列后果：（1）導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)電源發(fā)生裝置-A32丟失，勵磁系統(tǒng)二級故障，如果機(jī)組處于運(yùn)行狀態(tài)，將引發(fā)機(jī)組電氣跳機(jī)。如果同一廠房四臺機(jī)組均處于運(yùn)行狀態(tài)，四臺機(jī)組會同時(shí)電氣跳機(jī)甩負(fù)荷，對上游水道會產(chǎn)生不可預(yù)見的后果；（2）導(dǎo)致機(jī)組LCU備用PCX失電，單PCX運(yùn)行，同時(shí)溫度采集裝置失電，機(jī)組處于無溫度保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)；（3）導(dǎo)致整個(gè)振動系統(tǒng)失電，失去保護(hù)作用；（4）導(dǎo)致無法判定機(jī)械剎車是否投入；（5）導(dǎo)致廠房與中控室通訊中斷。

2 UPS系統(tǒng)改造

2.1 改造方案

為了提高UPS系統(tǒng)的可靠性，減少風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)過驗(yàn)證計(jì)算，將廠房UPS系統(tǒng)改為冗余配置，新增一組UPS系統(tǒng)。新增UPS系統(tǒng)每套充電器有一路交流電源輸入，直流后備電源取自廠房直流系統(tǒng)，逆變器采用雙機(jī)熱備接線方式，可保證在一臺逆變電源故障的情況下，UPS系統(tǒng)仍然能提供穩(wěn)定可靠的電源，主機(jī)的交流輸入由原來的市電輸入改接在從機(jī)的逆變器輸出，構(gòu)成串聯(lián)熱備份。新增系統(tǒng)的UPS1與UPS2同時(shí)工作，UPS1主用，UPS2備用，兩者可以通過靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)無間斷切換。新增UPS系統(tǒng)與原UPS系統(tǒng)負(fù)荷母線之間設(shè)置一個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，構(gòu)成備用關(guān)系。改造后的UPS系統(tǒng)示意圖如圖2所示：

圖2 改造后的UPS系統(tǒng)示意圖

改造后的系統(tǒng)對負(fù)載接線進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，將其中兩臺機(jī)組（非同一接線單元）的LCU、振動檢測柜、勵磁控制柜及MACH3000網(wǎng)絡(luò)的1路電源分離出來，由新增的UPS供電。

2.2 可靠性分析

改造后的UPS系統(tǒng)的可靠性有了大幅度提高，對電廠各系統(tǒng)提供不間斷、高質(zhì)量、穩(wěn)定可靠的電源有了更好的保障：（1）新原UPS系統(tǒng)均有兩套充電器、逆變裝置、靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)和跟蹤回路，當(dāng)一路交流供電電源丟失或裝置本身故障，電源可實(shí)現(xiàn)不間斷切換，保證給用戶提供不間斷電源；（2）新原UPS系統(tǒng)均有可靠的直流后備電源，在交流電源全部丟失的情況下，原UPS系統(tǒng)可由蓄電池組供電，新增UPS系統(tǒng)由廠房直流系統(tǒng)供電，能在較長時(shí)間內(nèi)，給用戶提供可靠的電源，保證設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行，為電廠啟動創(chuàng)造了條件；（3）當(dāng)其中一套UPS系統(tǒng)故障，不會造成同一廠房四臺機(jī)組（或同一單元接線的兩臺機(jī)組）相應(yīng)電源全部丟失，避免同一廠房四臺機(jī)組（或同一單元接線的兩臺機(jī)組）同時(shí)甩負(fù)荷，減小了對上游水道損害可能性，避免了對電網(wǎng)的強(qiáng)大沖擊，同時(shí)也在很大程度上降低了多臺機(jī)組不可用的風(fēng)險(xiǎn)，提高了機(jī)組的可用率；（4）網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的兩路電源分別取自新原的UPS系統(tǒng)，當(dāng)其中任何一套UPS故障，不會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通訊中斷，這樣就大大降低了網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)因UPS系統(tǒng)故障而造成通訊中斷的事故；（5）兩套UPS系統(tǒng)互為備用，當(dāng)其中一套UPS系統(tǒng)完全故障，不能供電，可以斷開其負(fù)荷總開關(guān)，合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由另一套UPS系統(tǒng)帶兩段母線運(yùn)行，大大縮短設(shè)備停電時(shí)間，保證設(shè)備可靠運(yùn)行。

3 進(jìn)一步優(yōu)化探討

根據(jù)圖1，可以看出當(dāng)A1或A2區(qū)的任一帶電設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，都必須將Q2（兩個(gè)）、Q5、Q26、Q27開關(guān)全部斷開，才可以檢修，這時(shí)UPS系統(tǒng)只能由旁路供電，沒有后備電源，大大降低了其可靠性。此時(shí)，只要旁路交流電源停電，UPS系統(tǒng)將無法給負(fù)荷用戶提供電源。同時(shí)，也擴(kuò)大了隔離范圍，增加了隔離操作任務(wù)，給檢修工作增加了負(fù)擔(dān)，降低了工作效率。如果在圖1中B1、B2位置分別增加一個(gè)直流輸入開關(guān)，那么上述隔離范圍就可以縮小了。如A1區(qū)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，只需要斷開上邊Q2、Q26和B1處直流輸入開關(guān)，而不需要斷開Q5，此時(shí)下方UPS設(shè)備和后備直流電源可正常工作，保證UPS系統(tǒng)為負(fù)荷提供不間斷、安全、可靠穩(wěn)定的電源。同時(shí)縮短了隔離操作和恢復(fù)時(shí)間，提高工作效率。

4 結(jié)語

UPS系統(tǒng)對電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行是至關(guān)重要的，針對原UPS系統(tǒng)的不足，對UPS系統(tǒng)進(jìn)行改造，對其負(fù)荷接線方式進(jìn)行優(yōu)化，提高了UPS系統(tǒng)的可靠性和電廠安全運(yùn)行水平。對UPS系統(tǒng)的優(yōu)化探討，從運(yùn)行維護(hù)的角度對UPS系統(tǒng)的改造提供了思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 向江漢，等.UPS技改技術(shù)方案[S].

[2] 王鵬飛，等.小浪底電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)UPS電源改造及應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2011，29（10）.

[3] 趙艷麗，高學(xué)義.淺談交流不停電電源（UPS）在發(fā)電廠中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2010，（3）.

作者簡介：熊照（1989-），男，惠州蓄能發(fā)電有限公司助理工程師，研究方向：抽水蓄能電廠運(yùn)行。

（責(zé)任編輯：陳 倩）