某研究堆應急供電系統UPS的原理與應用

杜 雙，余 峰，陳夢雪

中國核動力研究設計院，四川成都 610041

某研究堆應急供電系統UPS的原理與應用

杜 雙，余 峰，陳夢雪

中國核動力研究設計院，四川成都 610041

本文描述了某研究堆應急電力系統的組成和功能，以及應急供電系統的核心設備——UPS電源裝置的原理、運行方式和特性，并介紹了UPS在使用中的相關操作知識、維護時的注意事項，以便于更好地對某研究堆應急供電系統進行合理利用，確保反應堆運行的安全。

某研究堆；應急供電；UPS；應用

供電系統為反應堆提供電力，它直接關系到反應堆的啟動、運行、停堆以及事件的處理，是重要的安全輔助系統，而其中的應急供電系統對確保反應堆的安全起著至關重要的作用。反應堆應急供電系統對電源的可靠性、穩定性有較高的要求。

為提高運行的安全性、可靠性和經濟性，某研究堆應急供電系統進行了兩次技術改造。在技術改造中取消了由試驗堆的供電系統來供電的方式，在某研究堆上直接采用應急電力設備——UPS電源來提供可靠電力。UPS電源具有體積小、噪聲低、可靠性高、壽命長、穩壓穩頻和操作簡單等特點。

1 某研究堆應急供電系統

1.1系統構成

某研究堆應急供電系統的構成如圖1所示。系統中有兩路外電源可以對某研究堆提供電力，外電源來自兩路不同的輸電系統。技術改造后某研究堆運行時的供電方式，由原兩路同時供電改為一路供電，并且優選一路供電質量相對較好的線路，另一路備用，以減少各種原因（如雷擊）導致外電源的瞬間電壓波動引起的停堆事件。

圖1　不間斷供電系統示意圖

某研究堆的應急供電系統主要由四臺UPS電源和一個配電柜組成。系統所用UPS均采用交流220V、單進單出的設備。1、2、3號UPS為純正弦波在線式，容量分別為6kVA、5.5kVA、5.5kVA，主要用于儀表和控制系統，以及廣播、通訊等。4號UPS采用普通輸出方波電壓的后備式1kVA UPS電源，用于應急照明，此外，在主控室、生產操作間還備有自帶蓄電池的應急燈作為輔助應急照明裝置。技改時取消了用于輔助冷卻系統的應急供電，因為某研究堆在全廠斷電事件工況下，只要反應堆能同時停閉，僅靠主泵慣性流量和自然循環冷卻就能導出堆芯余熱，保證反應堆安全。

1.2運行方式

用于儀表和控制系統的1、2、3號UPS的運行方式，采用兩臺投入，另一臺備用，輪換使用，既可以保障隨時提供所需要的不間斷電源，又達到可以延長設備使用壽命的目的。在外電源正常時、經過UPS的整流器、逆變器后輸出具有穩壓穩頻的純正弦波電源供主控室的各種重要負荷使用。

全廠斷電后，應急供電系統滿足岷江堆的儀表和控制系統持續供電時間不少于20min，以確保全廠斷電情況下的安全停堆，及停堆以后的各種必要的數據指示記錄，如棒位、功率、溫度、液位等。

2 UPS工作原理

2.1UPS基本結構

從基本應用原理上講，UPS是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要元件，穩壓穩頻輸出的電源保護設備。電能以直流（DC）形式貯存在蓄電池中，這使UPS在外電完全失電的情況下也可向外輸出電壓。通常，UPS主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態開關等幾部分組成。

2.2UPS的運行模式

UPS主要運行模式有正常運行模式、電池供電模式、旁通模式。

1）正常運行模式。在正常運行時，受干擾的主電源經過濾波、整流電路、逆變、變壓，然后通過靜態開關輸出穩定的正弦波電壓，供UPS連接的負載正常工作，同時經過電池開關給蓄電池充電。

2）電池供電模式。當主電源輸入因市電電壓過高或過低斷開時，系統會使用UPS電池貯存的電能繼續提供交流電，確保輸出供電不間斷不延時。當外電為失電狀態，UPS內部電池能量耗盡，逆變器將停止工作，此時，UPS將不能再向外接負載供電。當主電源恢復供電時，逆變器將繼續經由整流器為外接負載供電工作，同時UPS自動向電池充電。

3）旁通模式。（1）自動旁通模式。當逆變器因過載或過熱不能將UPS外接電路所需電壓傳送時，旁通開關將自動轉換由主電源直接供電。如旁通動作是由于過載，當負載小于100%時，UPS將自動跳回到逆變器開關。如果旁通動作是由于過熱，當溫度降到警戒線下時，UPS跳回到逆變器開關。（2）維修模式（手動旁通模式）。系統可以通過在后置控制板上的手動旁通開關手動旁通UPS。此開關為雙向選擇開關，可以分別選擇正常運行狀態。

3 UPS的操作與維護

3.1UPS的啟停操作

在線路熔斷開關和旁通保險先行合上的情況下，使用前置控制面板上的“開/關”，開啟UPS。當UPS啟動后，首先實行自檢，LCD液晶屏會顯示其自檢狀態。自檢完成后，UPS開始輸出電壓，液晶屏會顯示目前UPS工作模式和實際負載狀況。

3.2信息顯示

當UPS為開啟狀態時，操作前置面板上的按鈕，通過LCD液晶屏可以查看UPS系統數據，狀態信息，報警信息和設置。具體可以看到主電源的電壓，頻率以及功率；UPS的輸出電壓，頻率以及負載；觀測到UPS電池組附近溫度，電池電壓和電流甚至電池的剩余放電時間和UPS已運行時間。

3.3維護

在UPS日常維護工作中，必須注意適當的環境條件，保持通風口開放，并減少灰塵的進入。

對于電池組的維護，UPS要求較高。電池的使用壽命是3～6年，主要依據運行溫度和充放電循環的次數。當一塊新的電池裝入UPS電池組后，UPS的自動電池測試功能將會在安裝后的第一次開機時對該電池進行測試，確保安全運行。當電池老化或故障時，報警信息會出現，提示電池組需盡快更換。

4 結論

由于在某研究堆的應急供電系統的設計選型時采用了高品質的UPS電源設備，并在使用中注意了正確操作和維護保養，至今未出現任何故障。最早的兩臺UPS至今已使用了15年，最近的一臺也已經使用了9年。另外，UPS電池的更換年限為5年，優于常規的3年左右的壽命。

經過多年來的運行情況表明，技術改造后的某研究堆應急供電系統，在充分利用某研究堆所具有的良好固有安全性這一特點的基礎上，以UPS電源裝置組成了靜止式新型應急電源系統，從而大大地減化了系統、降低了投資，在使用時操作簡單，維護方便，并顯著地提高了系統的安全性和可靠性，大幅度減少了運行成本。

[1]《工廠常用電氣設備手冊》編寫組．工廠常用電氣設備手冊[M]．2版．北京：中國電力出版社，1998．

[2]馬志溪．電氣工程設計[M]．北京：機械工業出版社，2002．

[3]齊占慶，王振臣．電氣控制技術[M]．北京：機械工業出版社，2002．

TL4

A

1674-6708（2016）171-0213-02

杜雙，中國核動力研究設計院。余峰，中國核動力研究設計院。陳夢雪，中國核動力研究設計院。