大渡河安谷水電站UPS電源容量的選擇與計算

馮 毅， 宋 果， 姚 坤

(四川省水利水電勘測設計研究院，四川 成都 610000)

1 概 述

安谷水電站工程是大渡河干流梯級開發中的最后一級，壩址位于樂山市安谷河段的生姜坡，距上游沙灣水電站約35 km，下游距樂山市區約15 km，有省道S103從樞紐區左岸通過，對外交通較方便，可將設備運至主廠房安裝間。

安谷水電站裝機容量為772 MW，裝設4臺、單機容量為190 MW軸流轉槳式水輪發電機組(1-4#機組)和1臺12 MW軸流轉槳式水輪發電機組(5#機組，生態機組)。電站以220 kV電壓等級接入電力系統，按無人值班(少人值守)設計。

安谷水電站計算機監控系統UPS電源配置雙套UPS裝置，單套UPS容量30 kVA，采用GB7260規定的雙變換UPS。在正常廠用電輸入下，交流電經整流器被轉換為直流電源供給逆變器，逆變器進而將其轉換為交流電源輸出供給負載，在廠用電異常時，可由系統直流蓄電池提供直流電供給逆變器，從而有效地保證系統輸出的連續性。當逆變器出現不正常狀況，諸如逆變器未開啟、過溫、短路、輸出電壓異常或負載超出逆變器承受的范圍等，逆變器將自動停止運行以防損壞，此時靜態開關會轉換至備用電源輸出給負載使用。

2 安谷水電站UPS電源

2.1 UPS電源接線及運行方式

安谷水電站計算機監控系統UPS電源交流輸入端、交流輸出端分別配置隔離穩壓裝置，直流輸入端配置防反充電二極管，以保證交流輸入端、直流輸入端、交流輸出端三端完全電氣隔離。UPS直流電源取自廠內直流系統，交流電源取自廠內交流配電盤，UPS電源系統采用雙機雙母線帶母聯接線方式，每套UPS交流電源輸入各自獨立，UPS電源的交流輸入工作電源和旁路輸入電源分別通過一路廠用電源輸入，由UPS 電源系統供電的設備按照負載均分原則接線，所有設備采用一路饋線開關對應一臺負載設備，雙電源設備分別接到 UPS 電源輸出的兩段母線上，當交流輸入電源正常時，UPS使用交流電能，通過整流器整流，再通過逆變器逆變成交流220 V、50 Hz電源后向負載供電。當交流輸入電源故障時，UPS電源自動由交流輸入電源供電切換至直流工作電源經逆變器供電, 切換時間為0 ms，轉換瞬間輸出波型連續，無斷點；當交流輸入電源恢復正常后，UPS 電源自動由直流工作電源供電切換至由交流輸入電源供電，切換時間為0 ms，轉換瞬間輸出波型連續，無斷點。當UPS電源過載、所有逆變器故障或交/直流工作電源輸入回路同時故障時，通過UPS旁路靜態切換開關自動切換至交流旁路輸入電源供電。當工作電源恢復正常后，UPS應能自動切換至逆變輸出供電，UPS電源配置旁路檢修斷路器，在 UPS電源退出檢修維護時閉合檢修斷路器為負載供電。

2.2 UPS負荷統計及計算

安谷水電站UPS負荷包括：計算機監控系統上位機、工業電視系統上位機、接入系統自動化設備等。容量統計時普通PC容量按照300 W考慮，服務器容量按照750 W考慮，交換機容量按照50 W考慮，LCD液晶顯示器容量按照50 W考慮，接入系統自動化設備容量按照4 kW考慮。

安谷水電站UPS負荷統計情況見表1。

表1 安谷水電站UPS負荷統計表情況表

交流不間斷電源(UPS)容量選擇計算：

UPS的額定容量是指逆變器交流輸出的視在功率(kVA)，UPS的容量選擇計算如下：

式中Sc為UPS計算容量，kVA；Ki為動態穩定系數，取1.1～1.15；Kd為直流電壓下降系數，取1.1；Kt為溫度補償系數，取1.05～1.1；Ka為設備老化系數及設計裕度系數，取1.05～1.1；P∑為全部負荷的計算功率，kW；cosφ為負荷功率因數，取0.7～0.8(滯后)。

則，可靠系數：

Krel=KiKdKtKa=1.33～1.53

取可靠系數平均值Krel=1.43，cosφ=0.7。

則，得到：

經過計算，安谷水電站UPS容量最終選擇30 kVA。

上述系數說明：

(1)動態穩定系數。考慮到當負載突變時，為保證穩壓精度、縮短恢復時間、提高頻率穩定性以減少波形失真度，一般采取適當加大UPS的容量，用動態穩定系數計及這一因素。

(2)直流電壓下降系數。考慮蓄電池事故放電過程端電壓下降，按有關規程規定，UPS的事故計算時間按60 min計算，此時的直流系統電壓下降至約為額定電壓的90%。雖然該電壓仍在逆變器輸入工作電壓范圍內，對逆變器輸出電壓影響不大，但輸出容量卻隨輸入電壓的下降而下降。

(3)溫度補償系數。考慮到環境溫度過高將引起UPS降容。當UPS與直流屏一起布置在直流設備室或UPS室(而不是布置在控制室或電子設備室)時，該室的環境溫度較高，一些南方電廠夏季可達35 ℃；同時，因UPS柜內布置比較緊湊且有大量發熱元件，柜內溫度將超過40 ℃。為減輕溫度過高的影響，可用大于1的溫度系數計及這一因素。

(4)設備老化系數。考慮到設備元器件運行時間過長而老化，運行過程中增加負荷，容量計算應計及老化和設計裕度系數。

綜合上述因素后，UPS容量的選擇應留有必要的裕度，以滿足各種不同工況時的運行需要。

2.3 直流輸入電流的計算

直流輸入電流是用于計算蓄電池容量的負荷電流，是按同時系數0.6、逆變器效率90%和直流系統電壓220 V計算的。具體的工程計算按實際的負荷進行核算。

安谷水電站直流輸入電流=30 000 VA×

0.6/220 V×0.9=90.9 A

3 結 語

UPS 容量的確定是UPS 選型的首要問題。UPS容量選擇過大或過小都會對UPS產生不良影響。容量過大, 過度輕載, 雖然降低了逆變器的損壞概率, 但也可能造成市電停電時蓄電池放電電流小、放電時間偏長而造成蓄電池深度放電, 使電池組永久損壞；而容量過小,雖然節約了一部分資金,但UPS長期處于重載狀態, 輸出波形發生畸變, 也容易造成逆變器的損壞。因此, UPS 容量的選擇對于提高UPS 的工作效率, 改善USP 的工作狀況非常重要。

[1] DL / T 1074 — 2007，電力用直流和交流一體化不間斷電源設備[S].