大機(jī)組UPS電源系統(tǒng)常見問題分析

　　逆變器輸出的單相交流電壓與旁路電源的單相交流電壓應(yīng)該同步，才能并列轉(zhuǎn)換。不論旁路取自交流的那一相，逆變器都可以調(diào)整輸出電壓，與旁路電壓同頻同相。

　　機(jī)組WDPF控制系統(tǒng)的DPU柜及計(jì)算、存儲(chǔ)、記錄站等電子設(shè)備由雙電源供電，如圖2所示。這是可控硅反向并聯(lián)而成的二進(jìn)一出的三端網(wǎng)絡(luò)，UPS優(yōu)先供電。UPS母線失壓或欠壓至一定值時(shí)，控制回路觸發(fā)APS側(cè)的雙向可控硅，使其交替導(dǎo)通，并關(guān)斷UPS側(cè)的可控硅，由APS繼續(xù)供電。這時(shí)的切換是先并后切，UPS電壓正常后的自動(dòng)回切也是先并后切。顯然，在電壓的相位和頻率上，若UPS旁路側(cè)與APS側(cè)不一致，轉(zhuǎn)換瞬間將短路或因差壓大而產(chǎn)生很大的沖擊電流，導(dǎo)致站內(nèi)掉電及元件損壞。

　　圖2　雙電源供電

　　1991年，黃埔發(fā)電廠6號機(jī)組于UPS安裝后期進(jìn)行切換試驗(yàn)時(shí)，跳了許多開關(guān)，才第一次發(fā)現(xiàn)了相位不符、切換短路問題。其他電廠也有類似接錯(cuò)相位的情況。

　　必須指出，安裝時(shí)接錯(cuò)了相位，不遇到UPS電壓異常情況下的切換或回切，是不會(huì)覺察的。甚至許多開關(guān)跳閘了，若恢復(fù)時(shí)從UPS側(cè)先送電(一般均如此)，APS側(cè)后送電，此時(shí)不會(huì)短路，仍掩蓋了這個(gè)極大的隱患。

　　我們希望設(shè)計(jì)和施工部門，注意這一問題，圖紙上標(biāo)明相位，正確接線，防止類似現(xiàn)象重演。

　　2.3　APS的兩路電源

　　APS1，APS2電源來自不同的變壓器，不允許長期并列。如圖1，一般應(yīng)合上Q1，Q2，斷開Q3。如果將Q1，Q2由手動(dòng)操作改換為電動(dòng)操作，或者加串交流接觸器，聯(lián)鎖自投，還可以降低DPU和計(jì)算機(jī)站失電的概率。

　　2.4　UPS裝置的冗余配置

　　有的電廠工程，制造廠商在旁路電源上加配了一套交流穩(wěn)壓器。有的技改工程，在APS側(cè)另加1套UPS，1臺機(jī)組用2套UPS裝置。

　　看來UPS電源的配置方案，值得商榷。筆者認(rèn)為：

　　a)使用UPS的目的，并非發(fā)電廠的電壓質(zhì)量不能滿足計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求，而主要是為了不停電。1套UPS裝置，本身已有電池和充電器冗余備用，旁路電源只是在逆變器輸出故障情況下暫時(shí)起作用。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有時(shí)發(fā)生“掉站”和芯片元件損壞事件，非旁路電壓波動(dòng)所致。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各站主機(jī)硬件，帶有自保護(hù)功能。旁路電源系統(tǒng)應(yīng)該簡化，而且可以簡化。

　　b)逆變器是UPS系統(tǒng)的“瓶頸”。從多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)看，逆變器的控制部分故障率相對較高。有條件的工程，可以考慮1套UPS裝置配2套獨(dú)立的逆變器。雙逆變配置，比旁路穩(wěn)壓器或2套UPS裝置的方案，更合理、實(shí)用、簡單。

　　c)熱控重要負(fù)荷才需要接入U(xiǎn)PS母線，而最重要的負(fù)荷(DPU和計(jì)算機(jī)站)則由UPS和APS雙側(cè)電源自動(dòng)切換供電。APS側(cè)再加1套UPS裝置的方案是不可取的。如果硬要雙UPS，其輸出均應(yīng)接UPS母線。

　　d)UPS裝置的配置，力求科學(xué)合理。提高UPS的可靠性，不能過多依賴增加備用設(shè)備，而要從維護(hù)和管理上下功夫。冗余太多令裝置復(fù)雜化，投資增加，利用效率卻很低，故障率也可能更高了。

　　3　系統(tǒng)容量估算選配

　　3.1　UPS的輸出容量

　　欲使UPS的容量確定得比較恰當(dāng)，須進(jìn)行詳細(xì)的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，并搜集同型運(yùn)行機(jī)組的實(shí)際資料。

　　負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，需要搜集負(fù)荷的同時(shí)率、功率因數(shù)、經(jīng)常性電流和最大可能的沖擊電流等資料。

　　UPS的逆變器設(shè)有過載保護(hù)，輸出電流超過(1.2～1.25)In時(shí)，將自動(dòng)切換至旁路供電。為了避免多臺負(fù)載同時(shí)啟動(dòng)迭加沖擊電流，頻頻出現(xiàn)切換及回切，而且主回路元件不至于過熱，UPS容量留有足夠的余地是必要的，但容量富裕應(yīng)有度。

　　黃埔發(fā)電廠300 MW機(jī)組UPS的輸出容量，初擬30 kVA,136 A。與美國西屋公司洽談后改為50 kVA,227 A。投產(chǎn)后的實(shí)際負(fù)荷，交流側(cè)一般為90～100 A(直流側(cè)約125 A)，偶而達(dá)110～120 A。如選30 kVA,136 A，負(fù)荷率為110 A／136 A=0.73，容量有點(diǎn)偏小。如選40 kVA,182 A，負(fù)荷率為100 A／182 A=0.55，低于規(guī)程推薦值0.6，裕度系數(shù)為182 A／100 A=1.82，高于推薦值1.6，才是比較恰當(dāng)?shù)摹?/p>

　　3.2　整流器(充電器)輸出容量

　　UPS設(shè)備的功率關(guān)系見圖3。

　　圖3　UPS設(shè)備的功率關(guān)系

　　黃埔發(fā)電廠300 MW機(jī)組逆變器輸入功率為

　　P2=UDC×IDC=280 V×245 A=68.6 kW.

　　以SCI公司推薦的公式計(jì)算整流器輸入視在功率，

　　S1=Uex×Iex×Ce／(kPF×η1).

　　式中　S1——整流器輸入視在功率，VA；

　　Uex——整流器輸出電壓，V；

　　Iex——整流器輸出電流，A；

　　Ce——整流器過負(fù)荷因數(shù)(1.2～1.5)；

　　kPF——波峰因數(shù)(一般為0.8)；

　　η1——整流器效率(0.92～0.94)。

　　可得：

　　S1=210 V×245 A×1.2×／（0.8×0.93)=82.9 kVA.

　　整流器輸入功率因數(shù)

　　λ1=P2／(S1×η1)=68.6／(82.9×0.93)=0.889，

　　UPS效率

　　η=S3／S1=50／82.9=0.603.

　　假定UPS負(fù)荷的功率因數(shù)λ=0.7，則逆變器輸出有功功率

　　P3=S3×λ=50 kVA×0.7=35 kW，

　　逆變器效率

　　η2=P3／P2=35／68.6=0.51.

　　可見，整套UPS的效率是比較低的，這是由于各環(huán)節(jié)存在損耗。如果UPS的容量選擇過大，實(shí)際負(fù)荷偏低，利用率低，效率則更低。

　　在充電器已選定輸出功率65 kW情況下，參照上述公式，計(jì)算得整流變輸入容量為87.3 kVA。國產(chǎn)充電器的整流變原設(shè)計(jì)選配輸入容量140 kVA，偏大了。

　　鑒于整流、逆變各環(huán)節(jié)交直流側(cè)P，U，I等參數(shù)換算與整流、逆變的方式、線路及負(fù)荷等有關(guān)，準(zhǔn)確計(jì)算比較復(fù)雜，我們期待設(shè)計(jì)規(guī)程提供一套UPS系統(tǒng)適用的基本公式，作為容量選擇估算的依據(jù)。