秦世强

摘 要：UPS系统最为显著的优势在于可以实现连续性和可靠性极高的热控计算机系统连续供电，继而满足发电机组的热控计算机负载要求，降低热控工程师站电源故障带来的机组影响，避免火电机组的恶性停电事故。本文主要论述了大型火电机组热控计算机UPS系统装置设计的关键，并分析了UPS装置断电事故的产生原因，并提出了设计改进意见。

关键词：UPS系统； 设计； 系统；断电

1 UPS系统设计的关键

1.1 UPS系统概述

随着现代社会人们的生活水平的快速提高，社会生产与生活用电的需求急剧增大，进一步对电网的稳定性和安全性提出了更高的要求。现代大型发电机组采用了复杂的热工自动化 DCS 系统、计算机监控系统和安全保护系统，其交流 220V 电源要求稳定可靠、连续、纯净的供应。UPS随之应运而生，其最为显著的优势在于可以实现连续性和可靠性极高的连续供电，继而满足发电机组热控计算机工程师站的负载要求，降低UPS电源故障带来的热控拒动、误动影响，避免因UPS装置引发发电机组的恶性停电事故。

发电厂对于UPS的选择有两种，一种是静态逆变装置，另一种是逆变机组。其中逆变机组的选择需要同时接入一个工作UPS和一个备用UPS，在输出母线上还有旁路交流备用电源，系统输出需要设置自动同期装置，并且其输出电压的谐波失真度无法达到标准，相对逆变装置优势较小，现阶段大多数电厂设计都选用静态逆变装置。静态逆变装置通常由整流器、逆变器、静态开关及旁路开关等四部分组成。

1.2 UPS 裝置的规划配置

UPS 装置正常运行时需要三路输入电源：主电源、旁路电源及动力直流电源。一般来说，UPS装置正常运行主要是由交流主电源进行正常供给，当主电源产生故障或者掉电时，UPS装置的电源则主要为逆变器以及静态开关供电，此时供电电源主要以直流电源，而如果静态开关瞬间切换到了旁路电源，则此时的电源输入则为交流市电备用电源。因此，对于UPS电源装置的规划配置设计十分重要，一般来说，对于火电机组热控系统电源的规划设计重点在以下几个方面：

第一，对于动力直流电源输入方式的设计，需要考虑到直流电源母线上的负载情况，一般来说，直流电源的输入UPS装置方式可以分为两种：一种是将UPS装置自身控制电源输入直接引至直流母线，则UPS装置不能够直流电源故障时自动接用；另一种则是将直流电源输入接在阀控蓄电池组上，对UPS提供短暂性的供电，装置可支持整个UPS装置对机组热控计算机系统运行30分钟的蓄电池组，保证热控系统可靠控制机组停运，这种接入方式的独立性更高，也更有利于UPS装置实现与主电源之间的相互独立。

第二，对于旁路电源输入方式的设计，则更多的是需要考虑是否需要对旁路电源的输入进行隔离以及采取稳压处理。旁路电源往往为交流市电，如果交流市电供给UPS系统过程中，电压过高，则静态开关会拒绝对旁路电源进行切换，继而形成供电中断。

1.3 UPS选型

对于UPS的选型首先需要考虑到UPS的技术性能指标有四大类：对电网的适应能力，尤以本文重点阐述的低电压穿越能力；满足负载电流要求的UPS常规输出指标；UPS的输出能力和可靠性；智能管理和通信功能。目前可供大型发电机组工程的UPS系统大多采用的进口系列产品，或者是国产引进国外技术生产的UPS产品。

2 基于UPS机组断电事故现象及设计改进

UPS 电源对机组的安全稳定运行至关重要，UPS 停电意味着（UPS 所接的负荷有分散控制系统 DCS、热控 220V AC 电源、就地点火控制箱、SIS 电源、汽机控制系统 DEH、炉膛燃烧保护FSSS系统、火灾报警系统、电气非电量保护电源等等）停机、停炉及重要热控及电气保护。例如： 2014年2月13日12：33， 某发电厂#7机组AGC方式运行，负荷263MW，A、B、C、D排粉机运行，机组各参数运行正常。12：33启动#7炉D磨煤机，造成6kV厂用电B段短时失压，低厂备变切换失败（工作在6kV厂用电B段），动力直流充电机工作电源失去，机组跳闸时交流备用油泵起压慢，联锁启动直流油泵，导致UPS装置输入低于电压175V中断输出，对热控计算机系统停机。 13：50经全面检查处理后，#7炉炉膛吹扫后重新点火，15：10机组并列，该机组UPS装置故障告警信息如表1所示。

该问题充分暴露出如何提高火电机组UPS 装置的供电可靠性，是发电厂热控及电气工程技术人员必须认真思考的一个问题。以下将简要介绍几种UPS装置断电事故产生的原因，并提出了几种改进设计思路。

2.1 基于UPS装置断电事故产的改进设计

随着UPS装置的进一步发展，我们发现了UPS装置与发电机组热控及电气保护装置之间的兼容问题十分明显，主要体现在保护卡件PE接线形式、高、低电位对地绝缘、悬浮电压等问题，继而有可能在UPS主电源断电的情况下，产生一些过电压、过电流等灾难性的装置停机断电事故。

UPS装置空载时的工作参数，特别是输入功率因数对于UPS 与热控、电气各保护装置单元卡件设计相当重要，大多数工程设计往往考虑到UPS装置满载时候的工作特性，而忽略了对空载工作特性的考虑，这种忽视有可能造成一系列的断电事故。实践证明，当UPS的负载为25%时 UPS 系统的输入滤波器会导致明显的功率因数降低。而低功率因数虽然不会影响到UPS系统的输出以及主线路上的关键负载，但对于热控、电气保护装置卡件单元的影响是十分严重的，一般来说，在接入的功率因数负载较低时，系统处于失调状态，继而导致发电机的停机。发电机的停机如果发生在UPS电池放电过程中，或者是在UPS接入旁路电源时的过压状态，就极有可能造成整个热控计算机系统的UPS电源装置损坏。

表1 UPS装置故障告警信息

基于此，对于发电机与UPS装置的兼容设计改进可以从以下两个方面进行，一方面是在UPS装置的调试过程中，对空载参数进行测试，相关调试人员应该与热控、电气各保护装置单元厂家的现场服务共同进行系统测试，弄清楚UPS装置运行过程中，UPS装置内部接线与与热控、电气负载的工作接地关系。另一方面则是对UPS装置内部负载电流的校正，可以采用最大负载电流整定保护方式，让UPS装置当厂用电切换、动力直流电压故障时，不再以自身低电压时（小于175V门槛电压）保护动作关机，从而避免导致事故异常扩大化，保证机组热控计算机可靠执行安全停机程序。

2.2 UPS 机组常见故障处理方式

即便UPS机组的整体系统设计、电源配置、输入功率因数都已经校对和调试到最优的水平，在其运行的过程中，仍旧会产生几种常见的故障，例如逆变器故障、交流厂用电故障以及旁路失效等，如果处理不好，也会产生断电事故。

当交流输入停电或者是出现大范围的波动过程，也就是交流厂用电产生故障的过程，UPS装置会出现报警，面板状态指示灯会显示交流输入灯熄灭，动力直流电池进入放电输出状态，这时机组需要若再启动直流事故油泵等重要安全停机动力，短时间内可能将事故扩大，造成输入 UPS 装置电压瞬间过低（小于175V），输出中断，造成热控计算机工程师站系统断电。在不确定这种故障是否由交流输入故障引起的时候，应该首先检查UPS装置输入开关是否跳闸以及保险的熔断情况。当UPS出现逆变器故障报警的时候，首先要认在面板上是否同时出现逆变器超载报警，如有，查看液晶显示屏上的输出电流，如超过额定电流，则关闭不重要的负荷，直到输出电流小于额定输出电流，然后按复位键消除报警后，重新启动逆变器并输出。

3 结语

UPS 装置对大型发电机组的安全稳定运行起着至关重要的作用，我们不仅要进一步的优化UPS装置供电的设计与配置情况，还要在运行中进一步加强对UPS装置的过载停机、低压停机保护的调试、定期的维护和维修，检查其母线对地电压、绝缘情况、各热控、电气保护装置卡件依次投入时对UPS装置绝缘的影响，做到防患于未然，使UPS 装置运行稳定、可靠，确保发电机组生产的安全、稳定、长周期地运行。

参考文献：

[1] Chlodnicki，Z.； Koczara，W.；Al-Khayat，N.Hybrid UPS Based on Supercapacitor Energy Storage and Adjustable Speed Generator. Compatibility in Power Electronics， 2010 .Page（s）：1-10

[2] Itoh， J.； Tamada， S.； A novel engine generator system with active filter and UPS functions using a matrix converter. Power Electronics and Applications， 2011European Conference on 2-5 Sept. 2011 Page（s）：1-10

[3] Kato， S.； Miao-miao Cheng； Sumitani， H.； Shimada， R.； Semiconductor Power

Converterless Voltage Sag Compensator and UPS Using a Flywheel Induction Motor and an Engine Generator. Power Conversion Conference ，Nagoya， 2012

[4] 李颖晖，张保会.正规形理论在电力系统稳定性研究中的应用（五）——电力系统的失稳模式预测[J].电力自动化设备.2003（10）：9-13.

[5] 赵希正.强化电网安全 保障可靠供電——美加“8·14”停电事件给我们的启示[J].电网技术.2003（10）：1-7.

[6] 胡学浩.美加联合电网大面积停电事故的反思和启示[J].电网技术.2003（09）：2-6.

[7] 吕志来，张保会，哈恒旭.一种变结构的时间序列预测算法及其在电力系统暂态稳定预测中的应用[J].电工技术学报.2002（03）：82-87.