直流220V電池電源替代UPS不間斷電源系統(tǒng)研究

魏義強(qiáng)

摘 要：UPS不間斷電源當(dāng)前在很多變電設(shè)施和供電系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用，在應(yīng)對突然斷電事故和減少停電造成的不必要損失等方面發(fā)揮了重要作用。不過利用220 V的直流電池電源取代不間斷電源系統(tǒng)，也可以發(fā)揮電源的持續(xù)供應(yīng)作用，而且能夠降低費(fèi)用支出，避免增加很大的后期檢修養(yǎng)護(hù)投入，保障電力設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行。該文結(jié)合不間斷電源的工作特性，針對其使用中存在的問題，對220 V直流電池電源的應(yīng)用進(jìn)行分析和闡述。

關(guān)鍵詞：直流電源 220 V電池 UPS不間斷電源 應(yīng)用分析

中圖分類號：TM91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（b）-0028-02

近年來，在很多的石油化工、電能供應(yīng)、金屬冶煉等領(lǐng)域都配備了UPS不間斷電源設(shè)施，在避免突然出現(xiàn)斷電的時(shí)候影響監(jiān)控系統(tǒng)正常發(fā)揮功能，以及提供后期檢修維護(hù)重要依據(jù)，防止出現(xiàn)不必要的損失現(xiàn)象等方面實(shí)現(xiàn)了良好的效果。UPS不間斷電源設(shè)施主要是電力供應(yīng)中斷的時(shí)候，把原有的直流電轉(zhuǎn)換為監(jiān)控設(shè)施實(shí)際需要的交流電，所以將不間斷電源用正常使用的220 V的直流電源系統(tǒng)取代，也可以實(shí)現(xiàn)電源供應(yīng)的持續(xù)保證，而且能夠減少投入大量的資金購買設(shè)施，避免了增加后期的維修次數(shù)。因此，筆者試就220 V的直流電池電源代替UPS不間斷電源系統(tǒng)，進(jìn)行粗淺的分析研究。

1 UPS不間斷電源的工作特性及其應(yīng)用中存在的問題

1.1 基本運(yùn)行原理

某變電站將UPS不間斷電源系統(tǒng)應(yīng)用到了2臺(tái)330 MW的供電機(jī)組中，其主要結(jié)構(gòu)類型和工作原理如下：該系統(tǒng)由4路電源進(jìn)行連接：一是A段母線，經(jīng)由調(diào)壓設(shè)施和阻隔變壓設(shè)施的旁路回路系統(tǒng)；二是B段母線，通過濾波器、逆變設(shè)施和阻隔變壓設(shè)施的主電力系統(tǒng)；三是廠用直流端，通過二極管分隔并且與二路電源整流、逆變設(shè)施連接，作為電力補(bǔ)充系統(tǒng)；四是當(dāng)不間斷電源出現(xiàn)故障進(jìn)行維護(hù)的時(shí)候應(yīng)用的電源設(shè)施。UPS不間斷電源平時(shí)使用的時(shí)候，通常利用的是二路系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)了突然斷電，逆變設(shè)施對蓄電池電量進(jìn)行轉(zhuǎn)換供應(yīng)，瞬間實(shí)現(xiàn)電力的正常輸送和監(jiān)控，不會(huì)影響電力設(shè)備的正常運(yùn)行。對UPS不間斷電源系統(tǒng)進(jìn)行檢查維護(hù)以及不使用二路系統(tǒng)的時(shí)候，將其轉(zhuǎn)換到一路系統(tǒng)中，但是從一路電源轉(zhuǎn)換成逆變的供電系統(tǒng)，往往比更換電池的時(shí)限要高出很多，非常不便利，所以通常應(yīng)用的主要就是逆變系統(tǒng)，而往往不會(huì)應(yīng)用一路或者二路電源設(shè)施。而且，即使UPS不間斷電源提供了3套的電力保障供應(yīng)設(shè)施，不過仍然需要依賴直流電源以應(yīng)不時(shí)之需。

1.2 應(yīng)用中存在的薄弱環(huán)節(jié)

變電站供電機(jī)組使用的UPS不間斷電源非常復(fù)雜，而且購買時(shí)投入了很大資金，對電能資源的消耗也非常高，特別是在進(jìn)行設(shè)備安裝調(diào)試、后期檢修維護(hù)的時(shí)候也需要投入很大的人力和財(cái)力。比如這種不間斷電源設(shè)施在電路結(jié)構(gòu)上具有一定的復(fù)雜性，在日常使用的時(shí)候，就出現(xiàn)了突然斷電而備用電源切換不及時(shí)導(dǎo)致DCS系統(tǒng)失常，并且嚴(yán)重?fù)p壞油泵、機(jī)軸等機(jī)械設(shè)施的故障問題，在檢修和維護(hù)的時(shí)候增加了很大的資金支出和人力投入。

2 220 V直流電池電源系統(tǒng)應(yīng)用分析

2.1 直流220 V電池電源應(yīng)用實(shí)踐

考慮到UPS不間斷電源在應(yīng)用中經(jīng)常發(fā)生的一些故障問題，某變電站探索使用了220 V的直流電池電源，取代了以往的UPS不間斷電源系統(tǒng)，但是經(jīng)常出現(xiàn)突然斷電影響交流電正常供應(yīng)的DCS監(jiān)控設(shè)施中，至此之后就始終沒有影響到監(jiān)控系統(tǒng)的順暢使用。只不過與以往不間斷電源系統(tǒng)使用在電力設(shè)施的配置上，唯一區(qū)別的就是在交流電源的部位安裝了一臺(tái)電源打印設(shè)備，借此來控制直流電量的超負(fù)荷運(yùn)行。而后在2臺(tái)330 MW的供電機(jī)組中，將UPS不間斷電源系統(tǒng)應(yīng)用220 V的直流電池設(shè)施進(jìn)行了更換，比以往設(shè)備資金投入降低了大約280萬元，阻隔變電、調(diào)壓整流、逆變切換等UPS不間斷電源設(shè)施的電能損耗每年降低了大約36萬元，而且也極大地降低了后期在電源設(shè)備上的檢查和維修數(shù)量，在人、財(cái)、物的投放上得到了大大的削減。

2.2 直流220 V電池電源使用原理

當(dāng)前在220 V的交流電源監(jiān)控系統(tǒng)中，切換為48、24和5 V的直流電，主要是利用常規(guī)的穩(wěn)壓電源串聯(lián)和穩(wěn)壓調(diào)研開關(guān)兩個(gè)辦法。穩(wěn)壓電源串聯(lián)通常是將50 Hz的工頻電源設(shè)施使用線圈和硅鋼材料纏繞之后切換為正常使用的電壓，整流、過濾、穩(wěn)固處理之后提供給電力設(shè)施和監(jiān)控系統(tǒng)，由于配備了電源變壓設(shè)施，因而依靠的必須是交流電。而穩(wěn)壓電源開關(guān)不僅在應(yīng)用的時(shí)候比串聯(lián)類型具有較高的工作效能，而且其自身的質(zhì)量和體積均非常小，在電力資源的消耗上也非常的少，只不過在電路結(jié)構(gòu)上具有一定的復(fù)雜性。在近年來各種電子信息科技應(yīng)用的不斷推陳出新，這種穩(wěn)壓電源開關(guān)設(shè)備已經(jīng)得到了極大的改進(jìn)，電路系統(tǒng)的復(fù)雜化得到了很好地解決，因此目前很多電力設(shè)施上都使用這種電源系統(tǒng)，取代UPS不間斷電源以保障電力切換供應(yīng)。

一方面，這種穩(wěn)壓電源開關(guān)設(shè)施在使用的時(shí)候，先是將220 V的交流電源進(jìn)行噪音控制，然后通過電源波段的整流、過濾，切換成300 V左右的直流電，接下來把這種直流電轉(zhuǎn)換為100 kHz以上的高頻，在經(jīng)過物理阻隔變壓、整流、過濾之后，將高頻中的交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電壓電源，如果這種電壓電源出現(xiàn)了一定程度的波動(dòng)，經(jīng)由調(diào)制設(shè)施的變頻，就可以實(shí)現(xiàn)安全可靠的輸出電壓。

另一方面，應(yīng)用這種穩(wěn)壓電源開關(guān)設(shè)施通過220 V的直流電進(jìn)行供應(yīng)，需要對220 V的交流電在整流、過濾之后，轉(zhuǎn)換成220 V的直流電來利用，只不過需要增加一道整流和過濾的過程，但是切換成的電壓至少要低100 V左右，而且比以往電源電源要高出很大的應(yīng)用空間，所以在穩(wěn)壓電源開關(guān)設(shè)施中使用220 V的直流電源具有很強(qiáng)的安全性和可靠性。

同時(shí)，新配備的DCS系統(tǒng)使用直流電池電源，也可以仍然使用原有的UPS不間斷電源系統(tǒng)的輔助電池和整流設(shè)施，能夠減少輔助電池和整流充電設(shè)施的安裝數(shù)量，之前應(yīng)用的不間斷電源設(shè)施重新調(diào)整變更為直流電源系統(tǒng)，以及電力荷載結(jié)構(gòu)的重新配置設(shè)計(jì)，在技術(shù)處理上也不是很復(fù)雜，在后期投入使用的時(shí)候無需進(jìn)行重復(fù)操作。

另外，由于這種穩(wěn)壓電源開關(guān)設(shè)施的良好使用效果，同時(shí)配備了整流設(shè)施，導(dǎo)入220 V直流電在極性上要求不是很高，使用哪種連接方式都適宜，所以目前在打印設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)、DPU監(jiān)控系統(tǒng)、變電站等DCS系統(tǒng)電源切換中得到了廣泛的應(yīng)用，并且越來越取代了以往的UPS不間斷電源設(shè)備。尤其是這種穩(wěn)壓電源客觀系統(tǒng)在DCS監(jiān)控設(shè)施上使用，通過二路電源系統(tǒng)進(jìn)行電力供應(yīng)，其中一路電源能夠順暢使用即可滿足電力設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且這二路電源之間相互轉(zhuǎn)換無需太多的時(shí)間，傳統(tǒng)也不用重新啟動(dòng)。

3 結(jié)語

綜上所述，將傳統(tǒng)的UPS不間斷電源設(shè)施使用220 V的直流電池電源來代替，改變原有的監(jiān)控系統(tǒng)電力保障設(shè)備，不僅會(huì)極大地減少電源設(shè)施安裝調(diào)試的復(fù)雜操作，降低電力設(shè)施的資金投入，而且也能夠有效地削減后期電源系統(tǒng)使用上的能源損耗，降低在設(shè)備運(yùn)行檢修養(yǎng)護(hù)上的人力和財(cái)力支出，確保電力設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行，所以在各個(gè)領(lǐng)域中使用220 V的直流電池電源取代以往的UPS不間斷電源設(shè)施，更方便、更高效，應(yīng)用空間也更為廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1] 紀(jì)亞非.直流220 V電池電源替代UPS不間斷電源系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與儀表，2012（3）：57-60.

[2] 林旭東.淺談UPS（不間斷電源）技術(shù)在單位機(jī)房建設(shè)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（22）：160.

[3] 楊培和，曹清.直流不間斷電源（DC UPS）蓄電池管理系統(tǒng)[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2011（9）：38-41.