變電站UPS系統(tǒng)交流輸入電源的改造方案

林世平

摘 要：本文結(jié)合某變電站工程實(shí)例，分析了該變電站UPS系統(tǒng)運(yùn)行的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，結(jié)合變電站UPS系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀，提出了三種改造方案，并選擇了最優(yōu)的方案進(jìn)行施工，對(duì)其施工的準(zhǔn)備工作及施工過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，以其能為類似工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：變電站；輸入電源；改造方案

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力的需求及質(zhì)量要求日益提高，對(duì)變電站的安全、可靠運(yùn)行提出了更高的要求。變電站電源系統(tǒng)是保證變電站安全、可靠運(yùn)行的重要組成部分之一，若電源系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)影響到變電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。而UPS電源系統(tǒng)具有不間斷供電能力，在變電站中得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)此，筆者進(jìn)行了相關(guān)介紹。

1 運(yùn)行現(xiàn)狀

某變電站在改造前，配置有2臺(tái)RB-5000AP型UPS電源，采用雙機(jī)主從串聯(lián)、互為備用的接線方式，共輸出16路220V交流饋線回路，如圖1所示。

1.1 工作原理

電源在正常運(yùn)行狀態(tài)下，UPS主機(jī)處于運(yùn)行帶負(fù)載狀態(tài)，UPS從機(jī)作為備份機(jī)不帶負(fù)載。當(dāng)交流電源Ⅰ（Z11）失電時(shí)，UPS主機(jī)自動(dòng)無(wú)延時(shí)轉(zhuǎn)為直流電源Ⅰ（Z12）供電。若UPS主機(jī)發(fā)生交直流輸入同時(shí)失電，則自動(dòng)無(wú)延時(shí)轉(zhuǎn)為內(nèi)部旁路回路供電狀態(tài)，此時(shí)負(fù)載由UPS從機(jī)負(fù)擔(dān)。若主、從機(jī)同時(shí)故障退出運(yùn)行，則可以手動(dòng)切換至旁路回路供電狀態(tài)。

1.2 運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析

UPS主機(jī)的負(fù)荷包括有變電站自動(dòng)化系統(tǒng)工程師站和操作員站、1號(hào)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機(jī)、“五防”工作站、1號(hào)城域網(wǎng)交換機(jī)和電度采集裝置等。其中，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)工程師站和操作員站等為單電源冗余配置，其余為單電源非冗余配置。當(dāng)饋電母線或輸出開關(guān)Z14故障時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致所有負(fù)荷失電，從而失去設(shè)備雙重配置的意義。主、從機(jī)同時(shí)故障時(shí)，需要手動(dòng)切換旁路回路進(jìn)行供電，不滿足調(diào)度及變電站自動(dòng)化系統(tǒng)電源不能中斷的要求。投運(yùn)初期，設(shè)備還不完善，UPS系統(tǒng)采用這種接線方式有其一定的經(jīng)濟(jì)性和合理性。但是隨著時(shí)間推移，該變電站內(nèi)逐步配置了2號(hào)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機(jī)、2號(hào)城域網(wǎng)交換機(jī)、環(huán)境監(jiān)控裝置、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)縱向認(rèn)證裝置、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)與門禁系統(tǒng)等設(shè)備，對(duì)UPS系統(tǒng)可靠性的要求提高，因此需要對(duì)原有的UPS系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 改造方案

2.1 接線方式的要求

根據(jù)《廣東電網(wǎng)公司調(diào)度及變電站自動(dòng)化系統(tǒng)用交流不間斷電源系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（2009版）》（以下簡(jiǎn)稱《技術(shù)規(guī)范》），接線方式有如下要求：（1）對(duì)于220kV變電站的UPS宜采用雙機(jī)雙母線帶母聯(lián)運(yùn)行接線方式，母聯(lián)開關(guān)應(yīng)具有防止2段母線帶電時(shí)閉合母聯(lián)開關(guān)的防誤操作措施（可采用加鎖等方式），手動(dòng)旁路開關(guān)應(yīng)具有防誤操作的閉鎖措施；（2）由UPS電源供電的設(shè)備應(yīng)遵循負(fù)載均分原則，雙電源供電的設(shè)備應(yīng)分別取自UPS電源系統(tǒng)的2段輸出母線，單電源冗余配置的設(shè)備應(yīng)分別接到UPS電源輸出的2段母線上；（3）由UPS電源系統(tǒng)供電的所有設(shè)備應(yīng)采用1路饋線開關(guān)對(duì)應(yīng)1臺(tái)設(shè)備的方式，且該路饋線開關(guān)不得與其他設(shè)備公用。

2.2 改造方案1

根據(jù)《技術(shù)規(guī)范》，在不動(dòng)原來(lái)屏體的基礎(chǔ)上，拆除2臺(tái)機(jī)之間的并機(jī)線和備份輸入線，并且將UPS主機(jī)的并機(jī)接線端子JP1，JP2短接（UPS從機(jī)JP1，JP2接線端子已短接）恢復(fù)其單機(jī)工作狀態(tài)。在主機(jī)屏加裝1個(gè)母聯(lián)開關(guān)Z15，作為2臺(tái)UPS饋電母線之間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，從而把主從串聯(lián)、互為備用的運(yùn)行系統(tǒng)改為雙機(jī)雙母線帶母聯(lián)的運(yùn)行系統(tǒng).

方案1滿足《技術(shù)規(guī)范》中220kV變電站的UPS接線要求。正常運(yùn)行時(shí)，母聯(lián)開關(guān)Z15斷開，2臺(tái)UPS帶各自負(fù)載運(yùn)行。若其中1臺(tái)UPS需要檢修或者維護(hù)退出運(yùn)行時(shí)，可以合上母聯(lián)開關(guān)Z15為停電UPS所帶的饋電母線供電，從而提高了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。但若此時(shí)停電UPS所帶的饋電母線發(fā)生故障，母聯(lián)開關(guān)恰好拒動(dòng)，就會(huì)使運(yùn)行UPS的交流輸出開關(guān)跳閘，造成全部停電的事故。

2.3 改造方案2

為了克服方案1的不足，在從機(jī)屏加裝母聯(lián)開關(guān)Z25，與原母聯(lián)開關(guān)Z15串聯(lián)，如圖2所示。

由于2個(gè)母聯(lián)開關(guān)同時(shí)拒動(dòng)的情況極少，可以忽略不計(jì)，這樣當(dāng)一個(gè)母聯(lián)開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，另一個(gè)母聯(lián)開關(guān)可以動(dòng)作跳閘，從而最大限度減少停電范圍。因此，方案2的可靠性比方案1更高。但是，若此時(shí)運(yùn)行UPS所帶的饋電母線發(fā)生故障，2個(gè)母聯(lián)開關(guān)同樣不起作用，這樣還是會(huì)造成交流輸出開關(guān)跳閘，造成全部停電的事故。

2.4 改造方案3

為了進(jìn)一步克服方案2的不足，在UPS2屏中增設(shè)了手動(dòng)旁路回路，如圖4所示。這樣即使運(yùn)行UPS所帶的饋電母線發(fā)生故障而造成全部停電的事故，此時(shí)仍可以快速斷開母聯(lián)開關(guān)，合上停電UPS的旁路開關(guān)向停電的饋電母線供電，從而減少停電范圍。

克服了串聯(lián)型熱備份冗余系統(tǒng)的一些缺點(diǎn)，可最大限度地提高UPS的可靠性，實(shí)現(xiàn)不停電維護(hù)。其接線方式簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，是適合本次改造工程的最佳方案。

3 改造施工

3.1 施工前準(zhǔn)備

施工前需要從人員、設(shè)備、資料和安全措施方面做好相應(yīng)的準(zhǔn)備。

（1）人員方面。由工作經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)水平較高的人員擔(dān)任工作負(fù)責(zé)人，其他人員配合工作。

（2）設(shè)備方面。向物流部門申請(qǐng)，購(gòu)買適量的電纜、絕緣膠布和空氣開關(guān)。要求空氣開關(guān)容量不小于40A/250VAC。

（3）資料方面。繪制好接線圖紙，做好負(fù)荷分配計(jì)算。對(duì)于環(huán)境監(jiān)控裝置、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)縱向認(rèn)證裝置等雙電源設(shè)備，其雙路電源應(yīng)分別接到UPS電源輸出的2段母線上；對(duì)于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)工程師站和操作員站、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機(jī)、城域網(wǎng)交換機(jī)等單電源冗余配置的設(shè)備，其2臺(tái)設(shè)備也應(yīng)當(dāng)分別接到UPS電源輸出的2段母線上；對(duì)于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、“五防”工作站、門禁系統(tǒng)、電度采集裝置等單電源非冗余配置的設(shè)備，應(yīng)根據(jù)負(fù)載均分原則接到UPS電源輸出的2段母線的其中一段上。

（4）安全措施方面。此次改造施工中最大的危險(xiǎn)點(diǎn)在于誤碰運(yùn)行中的設(shè)備而造成交直流短路，因此需要填寫第二種工作票，做好安全交底和危險(xiǎn)點(diǎn)分析工作，確保施工順利進(jìn)行。

3.2 改造施工過(guò)程

3.2.1 從機(jī)屏改造

因從機(jī)屏沒(méi)帶負(fù)荷，可以對(duì)其進(jìn)行停電改造。

（1）斷開交流輸出Ⅱ開關(guān)Z24，再關(guān)閉UPS從機(jī)裝置，然后斷開交流輸入Ⅱ開關(guān)Z21和直流輸入開關(guān)Z22。

（2）解開交流輸出Ⅱ開關(guān)Z24至UPS主屏的接線和并機(jī)線，并用絕緣膠布包好。

（3）將交流輸出Ⅱ開關(guān)Z24改接至饋電母線Ⅱ，在屏內(nèi)加裝手動(dòng)旁路輸入Ⅱ開關(guān)Z23。

（4）在屏內(nèi)加裝母聯(lián)開關(guān)Z25，通過(guò)新布線將母聯(lián)開關(guān)Z25上端與饋電母線Ⅱ相連。

（5）與關(guān)機(jī)相反的順序恢復(fù)UPS2（原UPS從機(jī)）帶電運(yùn)行，對(duì)UPS2的切換功能進(jìn)行測(cè)試。

3.2.2 UPS主機(jī)屏改造

因UPS主機(jī)屏帶負(fù)荷，對(duì)其實(shí)施帶電改造。

（1）合上手動(dòng)旁路輸入Ⅰ開關(guān)Z13，將負(fù)荷轉(zhuǎn)為手動(dòng)旁路回路供電，檢查確認(rèn)負(fù)荷切換正常。

（2）斷開交流輸出Ⅰ開關(guān)Z14，再關(guān)閉UPS主機(jī)裝置，然后再斷開交流輸入Ⅰ開關(guān)Z11和直流輸入Ⅰ開關(guān)Z12。

（3）解開備份輸入接線和并機(jī)線，用絕緣膠布包好后慢慢拆除，然后將并機(jī)接線端子JP1，JP2用短接線短接。

（4）在屏內(nèi)加裝母聯(lián)開關(guān)Z15，通過(guò)新布線將母聯(lián)開關(guān)Z15上端與饋電母線Ⅰ相連。

（5）按照與關(guān)機(jī)相反的順序恢復(fù)UPS1（原UPS主機(jī)）帶載運(yùn)行，斷開手動(dòng)旁路開關(guān)Z13，對(duì)UPS1的切換功能進(jìn)行測(cè)試。

3.2.3 兩屏間接線

兩屏有饋電母線之間的接線，因此必須要做好母線間L線和N線的核對(duì)工作。

（1）從UPS1屏將母聯(lián)開關(guān)Z15（斷開狀態(tài)）下端通過(guò)新布線連接至UPS2屏的母聯(lián)開關(guān)Z25（斷開狀態(tài)）下端，暫不接入。

（2）合上母聯(lián)開關(guān)Z15，Z25，用萬(wàn)用表分別測(cè)量母聯(lián)開關(guān)Z25下端以及新布線，甄別出各自的L線和N線并做好標(biāo)記。

（3）斷開2個(gè)母聯(lián)開關(guān)，再按照標(biāo)記將對(duì)應(yīng)的L線和N線接好；打印“禁止合閘”標(biāo)簽將母聯(lián)開關(guān)和旁路開關(guān)封好，以免誤操作。

3.2.4 轉(zhuǎn)移負(fù)載

上述工作結(jié)束后，雙機(jī)雙母線帶母聯(lián)接線方式已改造完成，開始轉(zhuǎn)移負(fù)載。需要注意的是，開工前設(shè)備需先關(guān)機(jī)，然后才能轉(zhuǎn)接電源線，因此應(yīng)該先征得涉及停電設(shè)備管理部門的同意。

（1）經(jīng)過(guò)測(cè)算，所有需要轉(zhuǎn)移的電源線在施工時(shí)預(yù)留的電纜長(zhǎng)度都足夠改接至UPS2屏，無(wú)需重新布線。

（2）為減少上述自動(dòng)化設(shè)備的停電時(shí)間，應(yīng)在停電前先完成解開電纜扎線、打開封堵和電纜蓋板等準(zhǔn)備工作。

（3）將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)工程師站II和操作員站II、2號(hào)城域網(wǎng)交換機(jī)和2號(hào)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機(jī)關(guān)機(jī)，再將UPS1屏的電源線改接至UPS2屏。改接完成后立即開機(jī)，恢復(fù)其工作狀態(tài)。

（4）按上述方法將原屏環(huán)境監(jiān)控裝置、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)縱向認(rèn)證裝置等雙電源設(shè)備逐個(gè)轉(zhuǎn)接至UPS2屏，轉(zhuǎn)接完一個(gè)馬上恢復(fù)送電，然后再轉(zhuǎn)接下一個(gè)。

（5）按照負(fù)荷均分的原則，將火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)接至UPS2屏，原“五防”工作站和電度采集裝置電源保持不變。

（6）所有工作完成后，應(yīng)用帶絕緣的清掃工具進(jìn)行清掃，注意和帶電部分保持足夠的安全距離，避免誤碰設(shè)備元件而造成短路和開路。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著變電站UPS系統(tǒng)交流輸入電源負(fù)載的增加，對(duì)變電站UPS電源系統(tǒng)的可靠性也提出了更高的要求，對(duì)無(wú)法滿足要求的UPS系統(tǒng)進(jìn)行改造十分必要。在變電站UPS系統(tǒng)改造過(guò)程中，要結(jié)合變電站的實(shí)際情況以及經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性的要求，選擇合理的改造方案進(jìn)行施工，同時(shí)還要做好改造前的準(zhǔn)備工作，加強(qiáng)對(duì)改造施工的控制，從而確保變電站的安全、可靠運(yùn)行。

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