水电厂UPS系统改造与优化探讨

摘要：随着水电厂自动控制水平的不断提高，UPS系统安全、可靠运行的重要性就越来越明显。文章介绍了惠州蓄能水电厂厂房内原UPS系统的组成、运行方式，并根据该厂实际情况和原UPS系统所存在的风险和不足进行讨论，对UPS系统的改造和优化进行了分析。

关键词：水电厂；UPS系统；自动控制；交流不停电系统；厂用电 文献标识码：A

中图分类号：TV74 文章编号：1009-2374（2015）19-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.020

UPS交流不停电系统是保障水电厂计算机监控、安全保护、电网自动化调度等系统稳定、可靠运行的重要设备，可为水电厂各重要系统提供不间断、高质量、稳定可靠的电源，是水电厂正常运行、安全生产的基础。如果厂用电交流电源中断，同时UPS系统不能可靠运行，提供后备电源，那么电厂监控、控制、调节、应急照明等系统将不能正常工作，保护系统不能发挥作用，往往会引起安全事件、事故，造成较大的损失。

1 UPS系统介绍

1.1 UPS系统概况

图1 原UPS系统示意图

惠州蓄能水电厂厂房内UPS系统主要由充电器、逆变器、蓄电池、静态开关、输入回路防雷措施、馈电系统设备（含负荷母线、负荷总开关、负荷空开、指示灯、跳闸辅助触点等）、加热照明设备等组成。配有两套充电整流装置，公用一组蓄电池组，每套整流器配有两路交流电源。其系统示意图如图1所示。

1.2 UPS系统的运行方式

1.2.1 正常运行方式。两套充电装置和逆变装置同时工作，切换开关-Q21的A和C同时合上，而B断开，旁路电源通过-Q21的A和C及-V21构成跟踪回路。

1.2.2 异常运行方式。（1）在主用交流电源丢失的情况下，UPS电源由蓄电池逆变供电；（2）在交流电源正常的情况下，如果两路逆变均出现故障停止工作，则由旁路电源供电；（3）在UPS检修期间，可以通过将-Q21的位置旋钮切到“Maintenance”位置，由旁路供电。

1.3 UPS系统风险分析

采用单母线输出，所有负荷均接到同一段母线上，由交流输出总开关-Q24输出，如果-Q24开关由于本身的机械故障跳开且无法合闸，将导致所有依赖UPS系统供电的交流负荷供电中断。在交流电源丢失的情况下，如果蓄电池组供电开关-Q5跳开，也将导致所有依赖UPS系统供电的交流负荷供电中断，引发一系列后果：（1）导致机组转子一点接地保护电源发生装置-A32丢失，励磁系统二级故障，如果机组处于运行状态，将引发机组电气跳机。如果同一厂房四台机组均处于运行状态，四台机组会同时电气跳机甩负荷，对上游水道会产生不可预见的后果；（2）导致机组LCU备用PCX失电，单PCX运行，同时温度采集装置失电，机组处于无温度保护运行状态；（3）导致整个振动系统失电，失去保护作用；（4）导致无法判定机械刹车是否投入；（5）导致厂房与中控室通讯中断。

2 UPS系统改造

2.1 改造方案

为了提高UPS系统的可靠性，减少风险，经过验证计算，将厂房UPS系统改为冗余配置，新增一组UPS系统。新增UPS系统每套充电器有一路交流电源输入，直流后备电源取自厂房直流系统，逆变器采用双机热备接线方式，可保证在一台逆变电源故障的情况下，UPS系统仍然能提供稳定可靠的电源，主机的交流输入由原来的市电输入改接在从机的逆变器输出，构成串联热备份。新增系统的UPS1与UPS2同时工作，UPS1主用，UPS2备用，两者可以通过静态转换开关实现无间断切换。新增UPS系统与原UPS系统负荷母线之间设置一个联络开关，构成备用关系。改造后的UPS系统示意图如图2所示：

图2 改造后的UPS系统示意图

改造后的系统对负载接线进行了优化调整，将其中两台机组（非同一接线单元）的LCU、振动检测柜、励磁控制柜及MACH3000网络的1路电源分离出来，由新增的UPS供电。

2.2 可靠性分析

改造后的UPS系统的可靠性有了大幅度提高，对电厂各系统提供不间断、高质量、稳定可靠的电源有了更好的保障：（1）新原UPS系统均有两套充电器、逆变装置、静态转换开关和跟踪回路，当一路交流供电电源丢失或装置本身故障，电源可实现不间断切换，保证给用户提供不间断电源；（2）新原UPS系统均有可靠的直流后备电源，在交流电源全部丢失的情况下，原UPS系统可由蓄电池组供电，新增UPS系统由厂房直流系统供电，能在较长时间内，给用户提供可靠的电源，保证设备安全、稳定运行，为电厂启动创造了条件；（3）当其中一套UPS系统故障，不会造成同一厂房四台机组（或同一单元接线的两台机组）相应电源全部丢失，避免同一厂房四台机组（或同一单元接线的两台机组）同时甩负荷，减小了对上游水道损害可能性，避免了对电网的强大冲击，同时也在很大程度上降低了多台机组不可用的风险，提高了机组的可用率；（4）网络交换机的两路电源分别取自新原的UPS系统，当其中任何一套UPS故障，不会导致网络通讯中断，这样就大大降低了网络交换机因UPS系统故障而造成通讯中断的事故；（5）两套UPS系统互为备用，当其中一套UPS系统完全故障，不能供电，可以断开其负荷总开关，合上联络开关，由另一套UPS系统带两段母线运行，大大缩短设备停电时间，保证设备可靠运行。

3 进一步优化探讨

根据图1，可以看出当A1或A2区的任一带电设备出现故障时，都必须将Q2（两个）、Q5、Q26、Q27开关全部断开，才可以检修，这时UPS系统只能由旁路供电，没有后备电源，大大降低了其可靠性。此时，只要旁路交流电源停电，UPS系统将无法给负荷用户提供电源。同时，也扩大了隔离范围，增加了隔离操作任务，给检修工作增加了负担，降低了工作效率。如果在图1中B1、B2位置分别增加一个直流输入开关，那么上述隔离范围就可以缩小了。如A1区设备出现故障时，只需要断开上边Q2、Q26和B1处直流输入开关，而不需要断开Q5，此时下方UPS设备和后备直流电源可正常工作，保证UPS系统为负荷提供不间断、安全、可靠稳定的电源。同时缩短了隔离操作和恢复时间，提高工作效率。

4 结语

UPS系统对电厂的安全稳定运行是至关重要的，针对原UPS系统的不足，对UPS系统进行改造，对其负荷接线方式进行优化，提高了UPS系统的可靠性和电厂安全运行水平。对UPS系统的优化探讨，从运行维护的角度对UPS系统的改造提供了思路。

参考文献

[1] 向江汉，等.UPS技改技术方案[S].

[2] 王鹏飞，等.小浪底电厂计算机监控系统UPS电源改造及应用[J].水电能源科学，2011，29（10）.

[3] 赵艳丽，高学义.浅谈交流不停电电源（UPS）在发电厂中的应用[J].内蒙古石油化工，2010，（3）.

作者简介：熊照（1989-），男，惠州蓄能发电有限公司助理工程师，研究方向：抽水蓄能电厂运行。

（责任编辑：陈 倩）