交流不間斷電源工作原理及運行方式分析

劉協文 葉 蓓

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東 佛山528200）

0 引言

不間斷電源（UPS）是以整流器、逆變器為主要組成部分的穩壓穩頻交流電源，能給需要持續運轉的各種設備提供不間斷的電力供應，而且能夠隔離市電中由于自然或人為事故，如雷擊、線路故障、電磁干擾等造成的電壓波形畸變或頻率漂移，向負載提供高質量的交流電源，保證各負載的電源指標。

變電站內的重要交流設備，如后臺監控機、保護測控裝置、GPS對時系統、電能采集裝置、事故照明等，多采用電力專用的交流不間斷電源設備供電。

隨著電力系統的發展，對站內交流電源穩定性要求不斷提高，使得交流不間斷電源設備處于不斷完善狀態，站內UPS裝置從早期單一的模塊式發展為近期的可雙重化配置的獨立組屏式。本文將著重介紹近期投入使用的組屏式UPS設備工作原理及其對運行方式的要求。

1 交流不間斷電源工作原理

電力專用的UPS含有整流器和逆變器，其工作原理如圖1所示。

圖1 UPS基本工作原理

圖1 中各元件作用如下：

（1）交流輸入：接于站內交流屏，接入2路站用變壓器低壓側交流電源，即＃1站用變壓器和＃2站用變壓器低壓側交流電源均接入UPS，當＃1站用變壓器或＃2站用變壓器投退時可以依靠站用變壓器低壓側的交流備自投裝置實現交流電源不間斷供應。

（2）輸入隔離：使UPS與交流電網隔離，避免交流異常導致設備損壞，同時還可解決供電系統中存在的零—地電位差問題，避免交流整流輸出對直流電源系統對地的影響。

（3）整流器：將交流電（AC）轉換為直流電（DC），經過濾波后供給逆變器。

（4）輸出隔離：防止負載回路意外情況對逆變器造成損壞、改善逆變波形，保證在電網電壓下限和輸出滿負荷的情況下，UPS能輸出穩定的380／220 V交流電壓，提高逆變過載輸出能力，另外也可為逆變器的三相輸出提供零線，滿足單相輸入電源負載的要求。

（5）靜態開關：根據開入量狀態自動轉換供電方式，如從交流輸入或是旁路輸入。

（6）旁路輸入：接于站用變壓器低壓側交流電源。

（7）直流輸入：接于站內蓄電池組。

2 交流不間斷電源運行方式

UPS有2路交流輸入和1路直流輸入，其系統工作接線示意圖如圖2所示。

圖2 UPS系統工作接線示意圖

UPS有以下幾種工作方式：

（1）正常運行時UPS使用交流輸入電源，交流電經整流器變為直流電后再經逆變器變為標準正弦波輸出向負載供電，此方式下圖2中的空氣開關K1、K5應處于合閘狀態。

（2）電網停電、交流消失時無間斷切換至蓄電池組，直流輸入后經逆變向負載供電，此方式下圖2中的空氣開關K2、K5應處于合閘狀態。

（3）在UPS部件故障或逆變器異常時，可由靜態開關切換至交流旁路供電，此方式下圖2中的空氣開關K3、K5應處于合閘狀態。

（4）UPS檢修或UPS裝置內部元件均不可用時直接由站用交流電向負載供電，此時圖2中的空氣開關K4應合上，這種運行狀態稱為檢修方式。

3 一種錯誤的交流不間斷電源運行方式

2014年3月，某站報交流失壓、UPS故障信號，后臺監控機及保護測控裝置失電。現場查看發現UPS裝置逆變器模塊故障，UPS屏內空氣開關K1、K2、K5處于合閘狀態，空氣開關K3、K4為分閘狀態。因UPS裝置逆變器故障，此時“交流輸入—空氣開關K1—輸入隔離變—整流器—逆變器—輸出隔離變—靜態開關—空氣開關K5”這一回路無法輸出交流電，而另一路“直流輸入—空氣開關K2—逆變器—輸出隔離變—靜態開關—空氣開關K5”回路同樣因逆變器損壞無法輸出交流電，又因為屏中的K3、K4空氣開關為分位，導致交流不間斷電源屏負荷全部失電。

現場處理采取以下措施：投上空氣開關K3，空氣開關K5保持合位，由UPS旁路提供交流電。斷開空氣開關K1、K2使UPS停止報警，空氣開關K4保持分位，故障模塊待備品到位后再進行更換。

從現場處理措施中可以看出，本次站內交流失壓事故主要是由UPS裝置運行方式不正確造成。如果站內UPS初始運行狀態為空開K1、K2、K3、K5均為合閘狀態，那么，當UPS內部的逆變器發生故障時，交流可由UPS的靜態開關自動轉換至旁路供電，不會導致站內保護測控裝置、電能采集裝置和后臺監控系統失電，而且UPS也能發出告警信號提醒維護人員現場處理缺陷。另外要注意的是，在正常運行時，UPS屏內的空氣開關K4不應該合閘，否則站內各項重要交流負荷將直接由站用變壓器供電，UPS失去存在意義；只有當UPS模塊檢修或其他原因導致UPS裝置不可用時，才需合上空氣開關K4，以最低限度保證站內重要交流負荷不失電。

4 結語

綜上所述，組屏式UPS設備在正常運行時應將交流輸入、直流輸入、旁路3條支路投入使用狀態，檢修支路不投入使用。

為適應電力系統的發展，電力專用的交流不間斷電源設備功能不斷完善，交流不間斷電源裝置由原來外形單一的模塊式演變成具有多個組成部分的組屏式，UPS運行方式也隨之復雜化。保證UPS設備正確投入使用，對保證站內重要交流設備的安全可靠運行有著十分重要的意義。

［1］深圳奧特迅電力設備有限公司.ATCDU型2 k VA～10 k VA電力專用UPS／逆變器使用說明書［Z］，2006.

［2］深圳奧特迅電力設備有限公司.直流操作電源—交流不間斷電源一體化裝置產品使用及維護說明書［Z］，2006.