現代大型發電機組采用了復雜的計算機監控和安全保護系統，其交流220V電源要求穩定可靠，分秒不停。應運而生的不間斷電源(簡稱UPS)，滿足了這種“苛刻”負載嚴格的需求，消除了電網電壓瞬變波動對重要負載的影響。

現代大型發電機組采用了復雜的計算機監控和安全保護系統，其交流220V電源要求穩定可靠，分秒不停。應運而生的不間斷電源(簡稱UPS)，滿足了這種“苛刻”負載嚴格的需求，消除了電網電壓瞬變波動對重要負載的影響。

UPS電源對機組的安全穩定運行至關重要，UPS停電意味著停機停爐。如何提高UPS的可靠性，是現場技術人員經常思考的一個問題。

本文僅就黃埔發電廠5號、6號300MW機組UPS系統外圍相關設備的規劃、配置、選型及安裝、調試、運行、維護方面多年來遇到的一些問題，進行分析研究，與同行交流切磋。

1　系統簡況

UPS系統是一個多路電源輸入的低壓多端網絡。網絡的核心設備逆變器和靜態開關等，是一套電子元件自動控制的電力裝置。黃埔發電廠300MW機組UPS系統如圖1。

圖1　黃埔發電廠300 MW機組UPS系統

原設計主要設備技術規范為：

a)整流器

輸入參數——AC 380V，三相，50Hz，126A；

輸出參數——DC 280V。

b)逆變器

輸入參數——DC 210～280V，245A；

輸出參數——AC 220V，50Hz，227A，50kVA；

c)充電器

輸入參數——AC 380V，三相，50 Hz；

輸出參數——DC 160～310 V，250 A，65 kW。

2　系統電源的規劃配置

2.1　電源配置分析

交流電源的取向，是UPS系統規劃設計中的重要一環。

探索最佳方案，不妨從原理上進一步考究。電池的充電器與逆變前的整流器，同是三相半控橋，其功能是相似的。整流器承擔著UPS的經常性負荷。充電器給電池浮充電，且與電池并列作為整流器的后備。旁路電源則是逆變器的后備。APS接帶了部分熱控次要負荷，并作為UPS的后備。據此，可以得出UPS系統電源配置的一般原則：

a)整流器與充電器的電源應分別接至不同母線；

b)旁路與整流器電源分開接不同母線；

c)APS與旁路電源也應錯開接不同母線。圖1中的5路交流電源僅取自3段母線，其中的3路電源均來自保安b段。當UPS裝置故障、逆變器檢修或廠用電系統發生事故，在UPS裝置靜態開關已切換至旁路運行情況下，一旦保安b段失壓，UPS母線和APS2母線均失電，WDPF和BMS控制系統就癱瘓了。

分析黃埔發電廠300 MW機組廠用電接線，2號及0號低壓廠用變壓器同接6 kV B段，6 kV A段失壓時，0號變壓器還可以自投為1號變壓器所接的工作a段、保安a段供電，380 V工作a段及保安a段優勝于工作b段及保安b段。

鑒此，在減少改動的前提下，圖1的電源配置還可以進一步調整：

a)充電器改接至工作b段；

b)APS2改接至保安a段。

電廠機組設有工作、備用高壓廠用變壓器及多臺低壓廠用變壓器，還有柴油機或保安備用變壓器，將UPS和APS的多路電源不重復地更合理地接至本機組不同的變壓器和不同的低壓母線，是可以辦到的。機組事故解列后可能出現不同電源系統的頻率不等，為了防止靜態開關因不同步不能切換，或UPS與APS的切換因不同步而失敗，這些電源應接入本機組同網絡低壓系統，而不宜接入公用系統或其它機組系統。

2.2　旁路及APS電源的相位

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該同步，才能并列轉換。不論旁路取自交流的那一相，逆變器都可以調整輸出電壓，與旁路電壓同頻同相。

機組WDPF控制系統的DPU柜及計算、存儲、記錄站等電子設備由雙電源供電，如圖2所示。這是可控硅反向并聯而成的二進一出的三端網絡，UPS優先供電。UPS母線失壓或欠壓至一定值時，控制回路觸發APS側的雙向可控硅，使其交替導通，并關斷UPS側的可控硅，由APS繼續供電。這時的切換是先并后切，UPS電壓正常后的自動回切也是先并后切。顯然，在電壓的相位和頻率上，若UPS旁路側與APS側不一致，轉換瞬間將短路或因差壓大而產生很大的沖擊電流，導致站內掉電及元件損壞。

圖2　雙電源供電

1991年，黃埔發電廠6號機組于UPS安裝后期進行切換試驗時，跳了許多開關，才第一次發現了相位不符、切換短路問題。其他電廠也有類似接錯相位的情況。

必須指出，安裝時接錯了相位，不遇到UPS電壓異常情況下的切換或回切，是不會覺察的。甚至許多開關跳閘了，若恢復時從UPS側先送電(一般均如此)，APS側后送電，此時不會短路，仍掩蓋了這個極大的隱患。

我們希望設計和施工部門，注意這一問題，圖紙上標明相位，正確接線，防止類似現象重演。

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1，一般應合上Q1，Q2，斷開Q3。如果將Q1，Q2由手動操作改換為電動操作，或者加串交流接觸器，聯鎖自投，還可以降低DPU和計算機站失電的概率。

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壓器。有的技改工程，在APS側另加1套UPS，1臺機組用2套UPS裝置。

看來UPS電源的配置方案，值得商榷。筆者認為：

a)使用UPS的目的，并非發電廠的電壓質量不能滿足計算機系統的要求，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起作用。計算機系統有時發生“掉站”和芯片元件損壞事件，非旁路電壓波動所致。計算機系統各站主機硬件，帶有自保護功能。旁路電源系統應該簡化，而且可以簡化。

b)逆變器是UPS系統的“瓶頸”。從多年的運行經驗看，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套獨立的逆變器。雙逆變配置，比旁路穩壓器或2套UPS裝置的方案，更合理、實用、簡單。

c)熱控重要負荷才需要接入UPS母線，而最重要的負荷(DPU和計算機站)則由UPS和APS雙側電源自動切換供電。APS側再加1套UPS裝置的方案是不可取的。如果硬要雙UPS，其輸出均應接UPS母線。

d)UPS裝置的配置，力求科學合理。提高UPS的可靠性，不能過多依賴增加備用設備，而要從維護和管理上下功夫。冗余太多令裝置復雜化，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，須進行詳細的負荷統計，并搜集同型運行機組的實際資料。

負荷統計，需要搜集負荷的同時率、功率因數、經常性電流和最大可能的沖擊電流等資料。

UPS的逆變器設有過載保護，輸出電流超過(1.2～1.25)In時，將自動切換至旁路供電。為了避免多臺負載同時啟動迭加沖擊電流，頻頻出現切換及回切，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，但容量富裕應有度。

黃埔發電廠300 MW機組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。投產后的實際負荷，交流側一般為90～100 A(直流側約125 A)，偶而達110～120 A。如選30 kVA,136 A，負荷率為110 A／136 A=0.73，容量有點偏小。如選40 kVA,182 A，負荷率為100 A／182 A=0.55，低于規程推薦值0.6，裕度系數為182 A／100 A=1.82，高于推薦值1.6，才是比較恰當的。

3.2　整流器(充電器)輸出容量