600MW电厂UPS的选用和配置
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摘要：UPS即静态交流不停电电源，它作为电厂重要交流负荷的供电电源，可以在全厂停电的情况下，依旧给电厂的DCS、保护等装置供电，保证电厂安全停机。因此它是电厂中必不可少的应急电源，它的可靠性直接影响电厂的安全运行。在大型电厂中，UPS的选择应充分考虑以下几个因素：主控系统的负荷、UPS系统的容量、冗余、蓄电池组的配置、过载能力等。
关键词：容量、组件、冗余、过载
Abstract: the UPS is Uninterrupted Power Supply. It feed power for main control system of plant, which continue to feed power for main control system of plant when power failure of whole plant, so that plant is ensured to shut down safely. So it is essential emergency supply for plant, and its reliability derectly effect safe operation of plant. In large plant the selection of UPS should fully considered some factors as below: load of main control system, UPS capacity, redundance, configuration of battery set, over load capability etc.
Key word: capacity, module, redundance, overload
中图分类号：F407.61文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
一、电厂UPS系统的配置
600MW机组由UPS供电的重要负荷一般为75~85kVA，考虑适当的负荷系数后的计算负荷为46~55kVA。UPS计算公式Sc=KiKdKtKaPΣ，KiKdKtKa为可靠系数Krel，取1.33~1.530；PΣ为计算负荷。由可靠系数平均值Krel=1.43，计算负荷PΣ=55kVA，可得UPS容量Sc=78.65kVA，故选80kVA的UPS就能满足供电需求。为了保证供电可靠性，可采用双冗余配置，即每台机组配置一套2×100％UPS系统。当全厂停电时，UPS的电源由蓄电池直流经逆变器供应。蓄电池直流供电分两种方式：①机组直流系统供电；②单独配套蓄电池组。机组直流系统也具有较高可靠性，能保障UPS的可靠供电。单独配套蓄电池组，可将UPS系统和机组直流系统彻底隔离，阻断了双方故障的互扰，可靠性进一步提高，但成本增加。UPS蓄电池容量的选择可以通过下面的计算取得。
放电电流( I ) = =
PF：功率因数，高频机为 0.7，工频机为 0.8，或UPS 厂家提供。 U：放电后电池组直流端电压=电池组节数( N ) × 单节电池放电后的终止电压( V )。η：逆变器效率，一般取 0.92，或 UPS厂家提供。
80kVA的UPS，PF=0.8，η=0.92， 后备时间T=0.5小时，放电后单节电池电压1.87V，蓄电池数量N取 104 只， 则放电电流( I ) ==357.7（A）
蓄电池组的容量C10 =357.7A*0.5h/Kcc=357.7*0.5/0.378=473.8Ah，故选择 500Ah 蓄电池组。
二、性能要求
UPS的正常交流输入端、旁路交流输入端、由蓄电池馈线的输入端，逆变器的输入端和输出端以及UPS输出端装设具有热、磁脱扣器的自动开关进行保护。
旁路电源和逆变器输出通过高速静态切换开关接至交流不停电电源母线。
电源调压有自动和手动两种方式。
设置手动先通后断开关。
UPS系统应配备必要的变送器和报警总信号，与机组DCS系统通过硬接线和RS485串行口通信。
三、UPS组件的要求
整流器
整流器应包括隔离输入变压器、可控整流桥、控制板。型式为干式。
整流器输入电压的允许变化率不小于额定输入电压-20%~+30%。允许频率变化率不小于额定输入频率的±10%。
整流器具有全自动限流特性，以防止输出电流超过安全的最大值。
若UPS单独配蓄电池组，要求整流部分能满足蓄电池浮充电、均充电、初充电的要求。整个电压稳定调节范围：198～260V连续无级可调。
逆变器
逆变器的输入由整流器直流输出及蓄电池直流馈线并联供电。当整流器输出电源消失时，切换至蓄电池直流馈线供电。
当整流器输入电压和频率在允许的规定值范围内变化或蓄电池组直流母线电压变化率为额定值的±25%时，逆变器在各种工况运行时，其输出电压的变化率不超过额定值的±1%，频率变化率不超过额定值的±0.1%，逆变器的总谐波有效值不大于3%，任何单一谐波有效值不大于2%。
逆变器具有全自动限流特性。过载或出口短路时，将输入电流限制在安全范围内。当短路切除后能自动恢复正常运行。限流元件故障时，后备保护能将逆变器跳闸，并发出报警信号。
逆变器在功率因数0.7~-0.9运行时，最大冲击负荷为额定值的1.5倍时，能承受60s。
逆变器在0 - 100 % 负载，100 % - 0负载时保持静态稳定性1 %输出，当100 %负载突变时，保持动态稳定性±3%输出，恢复时间＜25ms内达到稳定。
旁路变压器
旁路变压器由隔离变压器和调压变压器串联组成。隔离变压器输入侧设±5%的抽头。旁路变压器应为500V级干式绝缘，变比为380/220V，满负荷且周围气温40℃时能长期可靠运行，较热地区可以要求50℃时长期运行。
静态切换开关
在逆变器输出电压消失、受到过度冲击、过负荷或UPS负载回路短路时，静态高速切换开关自动将配电柜负载切换到旁路交流电源。总的切换时间应不大于0.4ms。并经延时发信号。
当逆变器恢复正常运行时，静态切换开关能经适当延时自动将负荷切至逆变器输出。也能手控解除静态切换开关的自动反向切换。
手动旁路切换开关
手动旁路切换开关为电子互锁式，当需要维修时将逆变器切换至静态旁路，闭合维修开关即可；也可以直接闭合维修开关，负载零切换至静态旁路工作。
手动旁路开关可直接关闭UPS主机，对主机进行检修等操作，并不影响负载的不间断供电。
设置逆变器输出与旁路电源的同步控制装置，以保证逆变器输出与旁路电源同步。如果电厂频率偏离限定值，逆变器应保持其输出频率与在限定值之内。当电厂频率恢复正常时，逆变器应自动地以每秒1HZ或更小的频差与电厂电源自动同步。同步闭锁装置应能防止不同步时手动将负载由逆变器切换至旁路。UPS控制屏上设有同步指示。手动切换时，逆变器输出和旁路同步。逆变器故障或外部短路由静态切换开关自动切换时则不受此条件的限制。
四、冗余配置要求
UPS采用并机冗余运行方式，采用两套的UPS设备通过各自的输入将交流电/直流电转换成交流输出，再经静态开关将两路UPS输出进行并联，两套UPS可采用共同旁路。正常运行二者均分负载，当其中一个不间断装置发生故障，剩下的装置承担全部负载而不需任何转换动作。UPS能通过设备内部的SYNC信号来协调两台UPS输出（包括相位和电压以及输出电流等），使其输出同步。两台UPS都应与共同的旁路同步。还应满足以下要求：（1）UPS应能够并机、平衡电流输出。负载电流在两台UPS间的平衡度应在+/-10%内。（2）两台UPS各自通过单独直流电源供电。（3）两台UPS使用一个公用旁路确保在两台UPS以及旁路电源间保持同步以确保能够在同步状态下的“先通后断”操作。（4）瞬时过电流可以由两台UPS共同处理，当两台UPS的输出电流达到他们的输出极限时，应该通过静态开关将重要负载无扰动转移到公用的旁路上。（5）静态开关应该能够处理3个周波的1000%额定输出电流能力，使下游故障得到清除。（6）当负载电流恢复正常或者低于UPS的过载极限，静态开关应该能够将重要负载转换回UPS供电，并且两台UPS应该能够自动恢复并联运行。（7）任意一台UPS故障应不影响另一台UPS的正常运行，而且能够立即提供100%的负载电流而没有任何电力中断。故障UPS应通过其静态开关被自动从系统中隔离出去。如果第二台UPS也发生故障，静态开关应该将负荷无扰地由逆变器切换至共同旁路电源运行。为保证两主机故障，公用旁路承担全部负载，旁路保证一定裕度。
五、UPS逆变器输出电源的特性
正常额定电压： 220V±1%, 频率： 50Hz±0.1%，总的谐波失真度（有效值）＜3 %，谐波失真度： 线性负载＜2 %、非线性负载＜2 %。
六、过负荷能力
过载负荷倍数110%时，允许长期时间；过载125%时，允许运行10 min；过载150%时，允许运行60S。
七、保护和控制装置
UPS系统装有防止直流和交流回路的暂态过电压保护。
带热保护、满足UPS整流器交流输入要求的开关应在仪表盘上有输入信号指示灯，带热保护的旁路开关也装设指示灯。
逆变器输入端装设监视直流输出的低电压继电器，继电器动作经延时发出报警信号。
整流器输出端装设过电压继电器。如有必要，过电压继电器动作时，跳开工作回路直流电源，以保护逆变器，并发出信号。
设置“强迫风冷系统故障”指示灯或其他报警信号。
八、结论
通过以上UPS选型各方面要求的论述，可见正确合理的设计选择UPS对保障电厂安全运行的至关重要。计算合理的容量，考虑适当的冗余和过载能力，以及内部组件的技术配置和性能都会影响整个UPS系统的可靠运行。所以UPS选型应考虑诸多方面因素，保证应急电源可靠。
参考文献
《不间断电源设备》IEC 62040
《不间断电源设备》GB7260
《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》DL/T 5136
《电力工程直流系统设计技术规定》DL/T 5044
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