水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS電源改造與優(yōu)化

羅曉鴻（貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司思林發(fā)電廠，貴州 銅仁 565109）

1 概 述

思林發(fā)電廠位于貴州省東部境內(nèi)烏江干流河段，屬于烏江干流梯級(jí)開發(fā)的第6級(jí)電站，總裝機(jī)容量為4×262.5 MW，多年平均發(fā)電量4.072×109kW·h，是黔電送粵的主要電源點(diǎn)之一。電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為國電南瑞提供。監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)是全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制的核心，承擔(dān)著電廠所有發(fā)電設(shè)備、輔助設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測與控制功能，并與貴州省電力調(diào)度控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）和自動(dòng)電壓控制功能（AVC），與烏江流域梯級(jí)集控中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、機(jī)組遠(yuǎn)方開停和負(fù)荷調(diào)節(jié)等功能。監(jiān)控系統(tǒng)UPS電源主要為上位機(jī)主服務(wù)器、工程師站、操作員工作站、核心交換機(jī)、下位機(jī)交換機(jī)、中調(diào)通信站和集控通信站等設(shè)備提供不間斷交流電源。UPS為電力專用UPS，是監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要生產(chǎn)設(shè)備。

2 改造前原UPS電源概況

2.1 原UPS系統(tǒng)介紹

原監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS電源為意大利BEST POWER公司生產(chǎn)的雙變換在線式電力UPS，每套UPS容量為20 kVA，按照雙套配置，兩套UPS共用一套旁路柜，隨電廠機(jī)組投產(chǎn)同時(shí)投入運(yùn)行。它主要由輸入濾波板、保護(hù)電路、整流器、逆變器、靜態(tài)開關(guān)、旁路開關(guān)、隔離變壓器以及輸出濾波板等組成，分為正常市電供電模式、蓄電池供電模式、旁路電源供電模式和維護(hù)旁路供電模式。UPS電源不自帶蓄電池，蓄電池供電模式由開關(guān)站單獨(dú)的220 V直流系統(tǒng)供電。原計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 存在的問題

2.2.1 監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS電源兩套交流輸出共用一段母線

兩套UPS交流220 V輸出連接到電源分配屏后共用一組母線，再由該段母線送向上位機(jī)各個(gè)負(fù)荷側(cè)。原設(shè)計(jì)存在一定的安全隱患，當(dāng)該母線出現(xiàn)故障時(shí)（如短路、接地），連接在母線上的所有供電將受影響，上位機(jī)各服務(wù)器電源將中斷，不滿足《南方電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)不間斷電源配置規(guī)范》中UPS輸出分段運(yùn)行的要求。

2.2.2 兩套UPS并機(jī)運(yùn)行

2018年1月15日，巡視人員發(fā)現(xiàn)中控樓三樓監(jiān)控系統(tǒng)UPS設(shè)備室內(nèi)#1 UPS電源有異常聲響，經(jīng)專業(yè)維護(hù)人員對(duì)UPS整流器、逆變器各接線端子、各卡件進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異?！，F(xiàn)場處理完畢后，開始對(duì)#1 UPS電源進(jìn)行空載試運(yùn)行。在#1 UPS電源開機(jī)過程中，發(fā)現(xiàn)#2 UPS電源輸出電壓由220 V降至195 V，并報(bào)“逆變器故障”，隨即收到中控室人員告知監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)失電。故障導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)停電約25 min，監(jiān)控系統(tǒng)與省調(diào)通信、集控通信中斷約35 min。經(jīng)分析，掉電的原因?yàn)閮商譛PS電源經(jīng)并機(jī)通信線連接并采用并機(jī)方式運(yùn)行，#1 UPS開機(jī)過程中與#2 UPS數(shù)據(jù)同步過程出錯(cuò)，導(dǎo)致#2 UPS電源控制異常，兩套電源同時(shí)掉電。

圖1 原監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2.3 旁路柜僅有一套

旁路交流電源取自中控樓壩區(qū)400 V自用1段，與#1 UPS交流總進(jìn)線取自同一段電源。當(dāng)旁路柜或400 V自用1段故障或失電時(shí)，UPS電源將失去旁路功能，不滿足《南方電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)不間斷電源配置規(guī)范》中兩路交流輸入電源應(yīng)分別來自不同段交流母線的接線方式要求。

2.2.4 設(shè)備故障頻發(fā)

原UPS電源運(yùn)行期間發(fā)生過逆變器故障、熔斷器燒損以及吸收板損壞等。

2.2.5 容量不滿足要求

隨著水電站遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)、監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)器、工業(yè)電視以及on-call系統(tǒng)等設(shè)備的不斷增加，原設(shè)計(jì)容量已不能滿足運(yùn)行要求。

當(dāng)前，UPS電源設(shè)計(jì)功能不合理、故障頻發(fā)、設(shè)備老化、容量不足等問題逐漸顯現(xiàn)，急需進(jìn)行技術(shù)改造。

3 UPS電源改造與優(yōu)化

為滿足大型水電廠遠(yuǎn)程集控、少人維護(hù)的要求、提高自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性，對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)原UPS電源進(jìn)行整體換型改造，徹底解決原UPS電源存在的各種問題。

3.1 改造方案設(shè)計(jì)

（1）UPS主機(jī)采用在線式電力專用UPS，按兩套配置，單套容量為40 kVA。兩套UPS獨(dú)立運(yùn)行，設(shè)獨(dú)立旁路，柜式一體化UPS。改造UPS配電柜，輸出由聯(lián)絡(luò)方式改為獨(dú)立供電方式。在原UPS電源分配屏增加一段母線，輸出間配置聯(lián)絡(luò)開關(guān)，必要時(shí)可手動(dòng)合聯(lián)絡(luò)開關(guān)運(yùn)行。

（2）UPS配有LCD屏顯示，可查詢輸入、輸出電壓、頻率、負(fù)載百分比、故障以及運(yùn)行狀態(tài)等信息。UPS不能給蓄電池充電或有關(guān)閉蓄電池充電的功能。在UPS過載、逆變器未開啟等情況下，要求能自動(dòng)切換到旁路供電。在UPS故障需維修的情況下，可通過手動(dòng)閉合維修旁路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載不停電維護(hù)。同時(shí)，需具備過載、短路和超溫保護(hù)功能。當(dāng)交流中斷時(shí)，由直流經(jīng)逆變器供電，切換時(shí)間應(yīng)為0 ms。當(dāng)交流輸入電源恢復(fù)正常后，由直流供電切換至交流輸入電源供電，切換時(shí)間應(yīng)為0 ms。通過UPS電源旁路切換開關(guān)自動(dòng)切換至交流旁路輸入電源供電，切換時(shí)間應(yīng)小于4 ms[1]。要有緊急關(guān)機(jī)功能，在需要時(shí)可緊急關(guān)機(jī)。

（3）按照設(shè)計(jì)方案，選定UPS電源為TTUPS-40 kVA電力專用UPS，共四面屏柜組成。兩套UPS交流輸入電源采用兩路供電方式，分別取自不同母線。#1 UPS交流400 V進(jìn)線取自壩區(qū)400 V自用1段，旁路取自壩區(qū)400 V自用2段，直流輸入取自開關(guān)站220 V一套直流系統(tǒng)。#2 UPS交流400 V進(jìn)線取自壩區(qū)400 V自用2段，旁路取自壩區(qū)400 V自用1段，直流輸入取自原開關(guān)站220 V兩套直流系統(tǒng)。旁路電源和交流進(jìn)線交叉配置，壩區(qū)400 V自用1、2段具有電源備自投功能，充分保障供電系統(tǒng)可靠性。改造后的UPS電源結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 UPS電源優(yōu)化及改造過程

3.2.1 改造前測試及優(yōu)化情況

圖2 改造后監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS電源結(jié)構(gòu)圖

改造前測試新UPS整機(jī)各項(xiàng)功能。測試手動(dòng)維修旁路帶載測試正常，測試直流系統(tǒng)反充電測試正常。在UPS柜本體主要進(jìn)行交流切直流供電試驗(yàn)、直流切交流供電試驗(yàn)、逆變切旁路供電試驗(yàn)、交流切旁路試驗(yàn)以及旁路切交流試驗(yàn)，其試驗(yàn)負(fù)載無突變、停機(jī)等現(xiàn)象。新UPS輸出各相電壓滿足220 V±3%的要求，但在UPS開關(guān)上一級(jí)壩區(qū)400 V開關(guān)處合旁路進(jìn)線電源開關(guān)時(shí)，UPS偶爾會(huì)發(fā)出負(fù)載短路、逆變故障信號(hào)，導(dǎo)致試驗(yàn)負(fù)載掉電。針對(duì)上述問題，分析原因?yàn)樾耈PS旁路柜變壓器和穩(wěn)壓設(shè)備輸出側(cè)未增加濾波器，在旁路電源恢復(fù)投入瞬間形成尖峰電壓干擾主機(jī)運(yùn)行，造成試驗(yàn)負(fù)載掉電。但是，并非每次操作均會(huì)出現(xiàn)掉電情況，屬偶發(fā)現(xiàn)象。為此，在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)UPS旁路柜調(diào)壓變和穩(wěn)壓設(shè)備輸出側(cè)增加濾波電容，吸收并消除尖峰電壓。優(yōu)化后，多次以不同方式進(jìn)行切換試驗(yàn)，UPS各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，有效避免了改造投運(yùn)后造成的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2 UPS改造實(shí)施過程

改造時(shí)確保計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)重要負(fù)荷不停電[2]。電廠申請(qǐng)利用夜間機(jī)組全停，退出全廠AGC、AVC功能、集控中心，將機(jī)組控制權(quán)由集控側(cè)轉(zhuǎn)移至電廠側(cè)。改造現(xiàn)場實(shí)施部分主要分為3個(gè)階段。

第1階段。統(tǒng)計(jì)上位機(jī)重要設(shè)備雙電源負(fù)荷情況，如表1所示。中調(diào)通信站、下位機(jī)交換機(jī)、中調(diào)遠(yuǎn)動(dòng)路由器只有一路電源，需要停運(yùn)服務(wù)器后搭接臨時(shí)電源，并將原UPS提供的交流負(fù)荷B套轉(zhuǎn)移至壩區(qū)400 V 1段臨時(shí)電源上，檢查負(fù)荷運(yùn)行正常。

第2階段。#1 UPS安裝、調(diào)試、配電柜改造，臨時(shí)電源搭接完畢后，按照逐套進(jìn)行的原則，將原#1 UPS退出運(yùn)行并拆除，安裝、調(diào)試新UPS，對(duì)配電柜母排進(jìn)行分段改造。將#1 UPS輸出接至配電柜UPS 1段，將監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)備A套電源或冗余的A套設(shè)備及中調(diào)遠(yuǎn)動(dòng)路由器轉(zhuǎn)移至UPS 1段上。

第3階段。#2 UPS安裝、調(diào)試，2套負(fù)荷接入。第2階段施工完畢后，將原#2 UPS退出運(yùn)行并拆除，安裝、調(diào)試新UPS，并將#2 UPS輸出接至配電柜UPS 2段，拆除臨時(shí)電源，將B套負(fù)荷接至UPS 2段上。

表1 上位機(jī)重要負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

所有負(fù)荷按照平均分配、分段運(yùn)行原則，完成全部安裝調(diào)試和負(fù)荷割接，監(jiān)控系統(tǒng)UPS電源投入正式運(yùn)行。UPS電源改造投運(yùn)后，維護(hù)人員利用壩區(qū)400 V廠用電倒換停電機(jī)會(huì)，在電源分配屏負(fù)載處接入電能質(zhì)量分析儀檢測交流掉電切換直流的電壓波形。分析儀波形顯示，交、直流切換時(shí)，輸出電壓波動(dòng)＜3%，切換直流供電時(shí)間＜1 ms，輸出波形失真度＜3%，無尖峰電壓，滿足計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)載不間斷電源的各項(xiàng)技術(shù)要求。

4 UPS改造后運(yùn)行維護(hù)要點(diǎn)

（1）進(jìn)行UPS維護(hù)時(shí)，需將負(fù)載切換到維修旁路。先在操作按鍵上將逆變器停止工作，將維修旁路解鎖后合上維修旁路開關(guān)，合閘瞬間伴有接觸器吸合聲，然后依次斷開交流輸入，直流輸入和旁路輸入開關(guān)，此時(shí)UPS轉(zhuǎn)到維修旁路工作才能進(jìn)行主機(jī)維護(hù)。

（2）40 kVA UPS容量較大，運(yùn)行過程需加強(qiáng)對(duì)主機(jī)散熱情況和設(shè)備間溫度的監(jiān)視。主機(jī)柜內(nèi)的散熱風(fēng)扇在逆變工作狀態(tài)時(shí)一直工作，當(dāng)溫度達(dá)到30 ℃時(shí)第二級(jí)散熱風(fēng)扇啟動(dòng)，當(dāng)溫度超過50 ℃時(shí)第三級(jí)散熱風(fēng)扇啟動(dòng)并告警。

5 結(jié) 論

本文總結(jié)思林發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)原UPS電源存在的問題，將原UPS電源由并機(jī)運(yùn)行改造為兩套獨(dú)立的冗余系統(tǒng)。通過改造及優(yōu)化，提高了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。目前，UPS電源分別對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)、遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)器、工業(yè)電視和on-call系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行不間斷供電，#1 UPS、#2 UPS的負(fù)荷百分比分別為16%、17%，UPS電源雙套配置、分段運(yùn)行可靠，為水電廠遠(yuǎn)程集控、少人維護(hù)管控模式的推進(jìn)提供了重要保障。