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金山热电厂UPS供电可靠性的分析


金山热电厂 UPS 供电可靠性的分析
牛日刚 张晓飞
(内蒙古国电能源投资有限公司金山热电厂,呼和浩特 010010 ) 摘要:金山热电厂(2×300MW)火电机组自动化程度较高,热工微机控制系统及其它安全控制装置对工作电源的不间断性、稳 定性及电能质量要求很高,为满足以上要求配置了在线式交流不间断电源(UPS)。在线式 UPS 电源能够起到 “不间断供电”、 “改 善供电质量”和“备份供电”的作用,对机组的安全稳定运行至关重要,本文主要就其可靠性进行分析。 关键词:UPS;不间断;稳频;稳压;可靠性

一.系统概述 1.系统组成 金山热电厂(2×300MW)火电机组,配置有 220kV 网控继电保护室、输煤、集控室交流 不停电电源(UPS)装置,其中集控室为单台机组单台 UPS 配置,全部为上海润森自动化仪 表有限公司生产的普罗太克交流不停电装置(UPS) ,容量 80kVA。UPS 装置为三相输入、单 相输出,旁路输入电源为单相,直流输入由厂用直流系统供电。
手动维修旁路开关

备用旁路开关

旁路电源输入
主电源 输入开关 隔离变压器

UPS输出

主电源输入

~

整流器

逆变器

隔离变压器

~

直流输入开关

逆止二极管

插拔式 静态开关模块

DC220V直流输入

UPS主机
图 1 金山热电厂 UPS 系统原理图

2.系统运行模式 (1)正常运行模式:整流器将交流电源转换为直流电源输出至逆变器,再由逆变器转换成 交流电输出供负载使用。 (2)后备模式:由于 UPS 设备直接和直流系统相连接,当交流电源或整流器发生故障停止 运行时, 直流系统将马上输出直流电源至逆变器以替代中断的整流器输出电源。 在转换的过 程中,输出无任何中断。 (3)备用电源模式:当逆变器处于不正常状况,诸如逆变器未开启、过温、短路、输出电 压异常或者负载超出逆变器承受范围等, 逆变器将自动停止运行以防损坏。 若此时备用电源 正常,静态开关会转换至备用电源输出给负载使用。 (4)维修旁路模式:当 UPS 需要进行维护或维修时,可将 UPS 装置切换至维修旁路模式下 运行,在切换过程中,UPS 输出无任何微小间断或扰动。 二.系统主要优缺点 1.该 UPS 系统不自带蓄电池 厂用电系统有完善的直流系统及大容量的蓄电池组,在蓄电池容量计算时已考虑了 UPS 负荷,可保证交流电源停电时继续向负荷供电 0.5 h 以上,因此 UPS 系统不需要自带较大容 量的蓄电池。这不仅降低了设备造价,也减少了检修、运行维护蓄电池的费用。 2.逆变器与厂用直流系统的配合 该 UPS 的逆变器额定输入电压是 220 V 直流,在保证输出数据时,输入电压允许范围在 -15%~+20%;在保证性能时,输入电压允许范围在±25%。根据规程规定,发电厂直流动力系 统允许的电压波动范围为 87.5%~112.5%,直流系统的参数计算与设备选型也按此进行,这

个电压范围在正常工作和允许的事故放电时间内是可以得到保证的。 因此, 该逆变器的直流 输入电压完全适应这个范围并留有一定裕度。同时,为了避免正常工作时蓄电池放电,整流 器的输出电压高于直流系统电压波动的上限,并加装了二极管以防止整流器向蓄电池充电。 3.旁路电源设置了隔离变压器和稳压变压器 考虑到厂用电电压一般偏高, 而且用电设备的频繁启动势必影响电压质量, 因此加装了 调压稳压器, 以改善旁路电源的电压质量作用。 同时厂用 380 V 电源系统是中性点接地系统, 而 DCS、DEH 等热工负荷不希望与电气共用接地点,因此加装了隔离变压器,以使两系统不 产生电的联系。 4.单台机组单台 UPS 的“一对一”配置方案的缺点 金山热电厂设计采用单台机组单台 UPS 的“一对一”配置方案。 该方案系统简捷, 投资 少,但是存在 2 个问题: (1) 旁路电源的供电可靠性较低。 UPS 故障或检修时, UPS 装置静态开关已切换至旁路 当 在 运行的情况下,一旦旁路电源失压,将会面临 UPS 负荷母线失电。 (2) 如 UPS 装置发生系统故障(整机故障)或静态开关故障, 此时旁路电源即使完好无损, 也 无法从主机切换至旁路上投入运行,导致系统供电中断。 三.结论 通过以上分析可知每台 UPS 的监测控制系统只有 1 个, 它是 UPS 装置的“神经中枢”和 指挥系统。该系统一旦出现故障,如控制逻辑板或控制回路设备故障,将导致 UPS 整机故障 停电。此外 UPS 母线负荷分支开关回路也有发生故障的可能。因此,UPS 并非完全意义上的 “不间断电源”,它也有故障的可能,只是故障的几率较低而已。所以,为了防止机组 UPS 故障或 UPS 负荷开关回路故障, UPS 的所有重要负荷电源 对 (指短时失电即可造成机组故障 停机的重要保护、控制、监测用负荷电源)均设计为相互备用冗余,且 2 路互备冗余电源应 取自不同的电源系统。另外,可以考虑对原 UPS 系统进行改造,采用“n+1”配置方案,增 设 1 台公用备用 UPS。此方案在投资相对少的情况下,实现了 UPS 备用冗余,提高了旁路电 源的供电可靠性。 参考文献:

作者简介: 牛日光(1973 一),男,内蒙古呼和浩特人,大学本科


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