电力调控中心UPS电源的可靠性分析

文/杨欣婷 吕刚，国网河北省电力有限公司井陉县供电分公司

1 UPS电源系统现状

UPS电源系统的主设备主要包括主电路、控制电路及辅助电路,其中主电路的主要组成部件为整流器、逆变器及静态旁路三部分,负责为用户提供电能变换、隔离及传输服务;控制电路主要是控制主电路的部件正常运行,其主要组成部件为一系列控制板;辅助电路的主要组成部分为内部控制电源、内部风扇等易损坏部件。随着新技术的不断产生与推进,大型UPS电源在功能和性能上都有了很大程度的提高,但是在实际应用方面仍然有些许漏洞,主要表现在缺乏合理的设计和运行效率低下等几个方面。当前调度大楼一般采用大型UPS集中供电，这种集中供电方式一旦电源系统出现故障，对于调度中心来说无疑将是灾难性的后果。近年来电力调度的重大事故几乎都与UPS电源有关。因此，电源系统建设与运行过程中必须将其可靠性要求放在首要位置。

2 UPS电源的系统构成

UPS主设备包括主电路、控制电路和辅助电路。UPS主电路主要包括整流器、逆变器、静态旁路三部分,是UPS为用户负载提供高品质电源的电能变换、隔离、传输系统。UPS的控制电路是控制这些主电路部件正常有序运行的中枢系统,主要由检测、运算到执行的一系列控制板组成。辅助电路主要包括内部控制电源、内部风扇等关键的易损坏部件，配套设备包括储能蓄电池及输入、输出配电系统。UPS电源的系统构成如下图所示：

3 影响UPS主设备可靠性的因素

3.1 UPS主电路

UPS输入端,即整流器。UPS整流器的主要功能是将来自电网的普通交流电源整流成直流电源,一方面向后端的逆变器供电,同时对蓄电池进行充电。由于它直接和外界电网相连接,所以在UPS的输入端应有完善的保护功能,来抑制和消除来自电网10/700μS5KV雷击电压冲击和8/20Μs20KA的雷击电流冲击,保证UPS输入整流器的安全性,这对于中大功率UPS显得尤为重要。UPS输出端,即逆变器。逆变器是UPS内部最关键的部件之一,它负责将来自整流输出或电池的直流电变换为交流电,向负载提供与市电无关的交流净化电源。它的可靠性与负载突加突减的电流冲击密切相关,同时也受切换冲击电流的影响。这就要求在UPS的输出端应配置大电感,以抑制可能的大电流冲击。同时,UPS应具有切换时的电压自动提升功能,使UPS切换时的逆变器输出电压尽可能接近旁路输入电压,以减少切换压差,从而减少冲击电流。

3.2 UPS控制电路

UPS控制电路是整个UPS的核心部件,它通过传感器检测UPS的输入输出参数、环境参数,经过内部微处理器复杂的综合处理,调控主电路部件的工作。但是由于它所有的元器件均是信号级的敏感电子部件,而且数量巨大、电路复杂,易受电场、磁场、温度、湿度、灰尘等的综合影响,成为UPS内部最薄弱、故障率最高的部件,也是影响UPS可靠性的焦点问题。在同样的控制功能下,控制板的数量清晰地反应了控制系统集成度的高低。集成化是提高电子电路可靠性的革命性变革,集成度越好可靠性越高已是业界一致的共识;其次控制板之间的连接方式,反应了控制系统的繁杂程度,及控制板之间的依存关系,无疑相互之间的连接线越少,依存关系越简单,出问题的概率也就越少。特别值得一提的是,内部控制电路的网络化连接极大地提高了可靠性。

4 UPS电源的优化措施

4.1 电源主机与蓄电池的连接

蓄电池是UPS电源的重要组成部分,在当今应用范围最为广泛的大型UPS电源中,蓄电池的容量是个十分关键的问题。蓄电池的造价几乎超过UPS电源主机的造价,因而提高设备的利用率是设计中理应注意到的关键问题。在实际操作中可以采用两台UPS电源共用一套蓄电池的做法,当市电断电时,蓄电池可以同时向两台计算机系统供电,此时即使其中一台电源主机处于检修状态,蓄电池中所储存的能量依然可以通过另一条电源主机对外供电,很大的程度上避免了电能的浪费而且能够保证计算机系统运行的持续性。

4.2 进线电源的切换

通过控制QA1和QA3实现手动切换，主要工作原理为当摁下某一按钮时其相对应的另一条回路就会被禁止,当主供电源失电或失压时,该方式无法进行自动切换,此时UPS电源会转化为蓄电池供电,有点在于其不会造成计算机系统停电。这里需要注意的一点是,UPS电源的蓄电池通常处于浮充状态,适当的让蓄电池放一部分电能对于蓄电池的保养而言还是有一定好处的因而建议在此情况下可以先对蓄电池进行放点操作,等到释放出适量的电能再由工作人员手动将其切换。应用最为广泛的是大中型UPS电源,同小型的UPS电源相比,前者几乎都采用了交流三相供电,要求至少具有两条电源点不听且相互独立的电源线,一条为主一条为辅,正常运行时主电源线提供电能,辅助电源处于备用状态。在主供电器失电或是失压的情况下主要有两种切换途径。

5 结束语

电力调度中心UPS电源的可靠性问题对于电力调度系统设备的安全运行是至关重要的,UPS电源的可靠性需要相关技术人员对UPS电源的系统部件、设计原理、运作方式及制作工艺等具有一定程度的了解,对能够影响到电源可靠性的因素进行深入的分析探讨才能做出有针对性的优化措施,通过认真分析和优化设计使得UPS电源处于良好的工作状态。

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