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UPS 不间断电源在电力系统中的应用

人气:发表时间:2017-10-08

1 UPS 运行方式
UPS 有4 种操作运行模式:正常操作模式、停电模式(电池供电)、备用电源模式和维护旁路模式。其中:①正常操作模式:在正常交流电源供应下,整流器将交流电转换为直流电源后,供电给逆变器并同时对电池充电。在将交流电整流为直流电时,整流器能将市电中所产生的异常突波、噪声及频率不稳定等问题消除,使逆变器提供更稳定的电源给负载;②停电模式:当交流电源发生异常或整流器、电抗器故障时,电池组提供电能给逆变器,使交流输出不会有中断现象,进而达到保护输出负载的作用;③备用电源模式:当逆变器发生异常状况如逆变器保险丝熔断、元件温度过高、短路等故障时,逆变器会自动切断以防止损坏,若此时旁路交流电源正常时,静态开关会将电源供应转为由旁路备用电源输出给负载使用;④维护旁路模式:当 UPS 要进行维修或更换电池而且负载供电又不能中断时,可以先切断逆变器开关然后激活旁路开关,再将整流器和备用电源开关切断。在手动维护旁路转换的过程中,交流电源经由维护旁路开关继续供应电源给负载,此时, 维护人员可以安全地对UPS 进行维护。
2 UPS 在电厂的应用
电厂专用的UPS 电源大多数为三相输入、单相输出的中功率UPS,因为电厂的负载大多数为单相负载,所以其配电线路简单、维护方便。所谓的三进单出UPS,其内部电路为纯单相设计,主要表现在逆变器为单相输出。“假的”或经过改造的三进单出的UPS,多为三进三出,  UPS 加上三进单出的变压器改造而成,这种配置容易产生如下问题: (1) 在输出端增加了三进单出的变压器,降低了整机效率(3%~5%);
(2) 三进单出的变压器仍然具有1/3 的不平衡电流(33.3%),造成UPS 可用容量的下降,因此必须使用更高视在功率的UPS 主机,通常为额定输出容量的两倍,利用率降低;
(3) 增大主机的尺寸和占地面积,提高购置成本。因此在实际应用选型中,应尽可能选择真正的三进单出UPS。另一方面UPS 的效率在设计选型时需要注意。UPS 的逆变器是将直流功率转换成交流功率输出的。一般UPS 的直流电压在400~460 V 左右,而电厂的直流电压为220 V,于由此带来的问题是:直流电压越低,则逆变器的开关电流就越大,而损耗是与电流的平方成正比的,因此损耗明显增加;同时大电流需要大容量的功率开关器件、大容量的一次侧绕组,较低的直流电压也需要较高变比的变压器,这些无疑是一种潜在的开支,直接影响到设备的投资成本、运行成本及设备的折旧等。这种情况需要在配置时慎重考虑。为了提高供电的可靠性,电厂中通常是采用两台UPS组成1+1 冗余系统为负载供电,并配之以隔离变压器、交流电压调节器作为旁路电源输入。
以印度某项目600 MW 电厂为例,该工程每台机组配置一套2×120 kVA UPS 系统,每套UPS 系统由两面主机柜、一面旁路柜、两面馈线柜和两组蓄电池组成。正常情况下UPS 应由主电源经整流器、逆变器和静态开关向负载供电。蓄电池正常处于浮充电状态,当主电源消失或整流器故障时,由自带蓄电池组经逆变器和静态开关向负载供电,此时逆变器输入或输出不中断,蓄电池的容量选择要求能够保证满负荷运行30min 以上。当逆变器故障或过载时,由静态开关切换至旁路供电。当过载消失或逆变器故障修复后,应能自动切换到逆变器供电,切换时间小于5 ms。
3 UPS 电源系统使用注意事项
UPS 电源系统因其智能化程度高,储能电池采用了免维护铅酸蓄电池,这虽给使用带来了许多便利,但在使用过程中还应注意下述几个方面:
(1) UPS 电源主机对环境温度要求不高,+5 ℃~40 ℃
都能正常工作,但要求室内清洁、少尘、相对湿度不能过大,否则灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。对于特殊运行环境,例如在相对湿度大而温度又高的电厂设计中,每面盘柜内应考虑加装温湿度控制器和加热器以驱潮,同时室内应考虑安装空调等。而储能蓄电池则对温度要求较高,标准使用温度为25 ℃,平时不能超过+15 ℃~+30 ℃。温度太低,会使储电池容量下降,温度每下降1℃,其容量下降1%。其放电容量会随温度升高而增加,但寿命降低。如果在高温下长期使用,温度每高10 ℃,电池寿命约降低一半。
(2) 主机中设置的参数在使用中不能随意改变。特别是对电池组的参数,会直接影响其使用寿命,但随着环境温度的改变,对浮充电压要做相应调整。通常以25 ℃为标准,环境温度每升高或降低1 ℃时,浮充电压应增加18 mV(相对于12 V 蓄电池)。
(3) 在无外电靠UPS 电源系统自行供电时,应避免带负载启动UPS 电源,应先关断各负载,等UPS 电源系统起动后再开启负载。因负载瞬间供电时会有冲击电池,多负载的冲击电流和加上所需的供电电流会造成UPS 电源瞬间过载,严重时将损坏变换器。
(4) UPS 电源系统按使用要求功率余量不大,在使用中要避免随意增加大功率的额外设备,也不允许在满负载状态下长期运行。但工作性质决定了UPS 电源系统几乎是在不间断状态下运行的,增加大功率负载,即使是在基本满载状态下工作,都会造成主机出故障,严重时将损坏变换器。
(5) 由于组合电池组电压很高,存在电击危险,因此装卸导电联接条、输出线时应用安全保障,工具应采用绝缘措施,特别是输出接点应有防触摸措施。
(6) 不论是在浮充工作状态还是在充电、放电检修测试状态,都要保证电压、电流符合规定要求。过高的电压或电流可能会造成电池的热失控或失水,电压、电流过小会造成电池亏电,这都会影响电池的使用寿命,前者的影响更大。
(7) 在任何情况下,都应防止电池短路或深度放电,因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电深度越深、循环寿命越短。在容量试验中或是放电检修中,通常放电达到容量的30%~50%就可以了。
(8) 对电池应避免大电流充放电,虽说在充电时可以接受大电流,但在实际操作中应尽量避免,否则会造成电池极板膨胀变形,使得极板活性物质脱落,电池内阻增大,温升越高,严重时将造成容量下降,寿命提前终止。
4 结束语
在UPS 的使用过程中尤其不能忽视的是维护检修工作,再好的设备也有寿命,也会出现各种故障,不能因为其高智能、免维护或者是进口设备而忽略了本应进行的维护工作,预防在任何时候都是安全运行的重要保障。
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