電力調(diào)控中心UPS電源的可靠性分析

文/楊欣婷 呂剛，國網(wǎng)河北省電力有限公司井陘縣供電分公司

1 UPS電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

UPS電源系統(tǒng)的主設(shè)備主要包括主電路、控制電路及輔助電路,其中主電路的主要組成部件為整流器、逆變器及靜態(tài)旁路三部分,負責為用戶提供電能變換、隔離及傳輸服務;控制電路主要是控制主電路的部件正常運行,其主要組成部件為一系列控制板;輔助電路的主要組成部分為內(nèi)部控制電源、內(nèi)部風扇等易損壞部件。隨著新技術(shù)的不斷產(chǎn)生與推進,大型UPS電源在功能和性能上都有了很大程度的提高,但是在實際應用方面仍然有些許漏洞,主要表現(xiàn)在缺乏合理的設(shè)計和運行效率低下等幾個方面。當前調(diào)度大樓一般采用大型UPS集中供電，這種集中供電方式一旦電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障，對于調(diào)度中心來說無疑將是災難性的后果。近年來電力調(diào)度的重大事故幾乎都與UPS電源有關(guān)。因此，電源系統(tǒng)建設(shè)與運行過程中必須將其可靠性要求放在首要位置。

2 UPS電源的系統(tǒng)構(gòu)成

UPS主設(shè)備包括主電路、控制電路和輔助電路。UPS主電路主要包括整流器、逆變器、靜態(tài)旁路三部分,是UPS為用戶負載提供高品質(zhì)電源的電能變換、隔離、傳輸系統(tǒng)。UPS的控制電路是控制這些主電路部件正常有序運行的中樞系統(tǒng),主要由檢測、運算到執(zhí)行的一系列控制板組成。輔助電路主要包括內(nèi)部控制電源、內(nèi)部風扇等關(guān)鍵的易損壞部件，配套設(shè)備包括儲能蓄電池及輸入、輸出配電系統(tǒng)。UPS電源的系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示：

3 影響UPS主設(shè)備可靠性的因素

3.1 UPS主電路

UPS輸入端,即整流器。UPS整流器的主要功能是將來自電網(wǎng)的普通交流電源整流成直流電源,一方面向后端的逆變器供電,同時對蓄電池進行充電。由于它直接和外界電網(wǎng)相連接,所以在UPS的輸入端應有完善的保護功能,來抑制和消除來自電網(wǎng)10/700μS5KV雷擊電壓沖擊和8/20Μs20KA的雷擊電流沖擊,保證UPS輸入整流器的安全性,這對于中大功率UPS顯得尤為重要。UPS輸出端,即逆變器。逆變器是UPS內(nèi)部最關(guān)鍵的部件之一,它負責將來自整流輸出或電池的直流電變換為交流電,向負載提供與市電無關(guān)的交流凈化電源。它的可靠性與負載突加突減的電流沖擊密切相關(guān),同時也受切換沖擊電流的影響。這就要求在UPS的輸出端應配置大電感,以抑制可能的大電流沖擊。同時,UPS應具有切換時的電壓自動提升功能,使UPS切換時的逆變器輸出電壓盡可能接近旁路輸入電壓,以減少切換壓差,從而減少沖擊電流。

3.2 UPS控制電路

UPS控制電路是整個UPS的核心部件,它通過傳感器檢測UPS的輸入輸出參數(shù)、環(huán)境參數(shù),經(jīng)過內(nèi)部微處理器復雜的綜合處理,調(diào)控主電路部件的工作。但是由于它所有的元器件均是信號級的敏感電子部件,而且數(shù)量巨大、電路復雜,易受電場、磁場、溫度、濕度、灰塵等的綜合影響,成為UPS內(nèi)部最薄弱、故障率最高的部件,也是影響UPS可靠性的焦點問題。在同樣的控制功能下,控制板的數(shù)量清晰地反應了控制系統(tǒng)集成度的高低。集成化是提高電子電路可靠性的革命性變革,集成度越好可靠性越高已是業(yè)界一致的共識;其次控制板之間的連接方式,反應了控制系統(tǒng)的繁雜程度,及控制板之間的依存關(guān)系,無疑相互之間的連接線越少,依存關(guān)系越簡單,出問題的概率也就越少。特別值得一提的是,內(nèi)部控制電路的網(wǎng)絡化連接極大地提高了可靠性。

4 UPS電源的優(yōu)化措施

4.1 電源主機與蓄電池的連接

蓄電池是UPS電源的重要組成部分,在當今應用范圍最為廣泛的大型UPS電源中,蓄電池的容量是個十分關(guān)鍵的問題。蓄電池的造價幾乎超過UPS電源主機的造價,因而提高設(shè)備的利用率是設(shè)計中理應注意到的關(guān)鍵問題。在實際操作中可以采用兩臺UPS電源共用一套蓄電池的做法,當市電斷電時,蓄電池可以同時向兩臺計算機系統(tǒng)供電,此時即使其中一臺電源主機處于檢修狀態(tài),蓄電池中所儲存的能量依然可以通過另一條電源主機對外供電,很大的程度上避免了電能的浪費而且能夠保證計算機系統(tǒng)運行的持續(xù)性。

4.2 進線電源的切換

通過控制QA1和QA3實現(xiàn)手動切換，主要工作原理為當摁下某一按鈕時其相對應的另一條回路就會被禁止,當主供電源失電或失壓時,該方式無法進行自動切換,此時UPS電源會轉(zhuǎn)化為蓄電池供電,有點在于其不會造成計算機系統(tǒng)停電。這里需要注意的一點是,UPS電源的蓄電池通常處于浮充狀態(tài),適當?shù)淖屝铍姵胤乓徊糠蛛娔軐τ谛铍姵氐谋ｐB(yǎng)而言還是有一定好處的因而建議在此情況下可以先對蓄電池進行放點操作,等到釋放出適量的電能再由工作人員手動將其切換。應用最為廣泛的是大中型UPS電源,同小型的UPS電源相比,前者幾乎都采用了交流三相供電,要求至少具有兩條電源點不聽且相互獨立的電源線,一條為主一條為輔,正常運行時主電源線提供電能,輔助電源處于備用狀態(tài)。在主供電器失電或是失壓的情況下主要有兩種切換途徑。

5 結(jié)束語

電力調(diào)度中心UPS電源的可靠性問題對于電力調(diào)度系統(tǒng)設(shè)備的安全運行是至關(guān)重要的,UPS電源的可靠性需要相關(guān)技術(shù)人員對UPS電源的系統(tǒng)部件、設(shè)計原理、運作方式及制作工藝等具有一定程度的了解,對能夠影響到電源可靠性的因素進行深入的分析探討才能做出有針對性的優(yōu)化措施,通過認真分析和優(yōu)化設(shè)計使得UPS電源處于良好的工作狀態(tài)。

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