電力調(diào)控中心UPS電源的可靠性分析

文/楊欣婷 呂剛，國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司井陘縣供電分公司

1 UPS電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

UPS電源系統(tǒng)的主設(shè)備主要包括主電路、控制電路及輔助電路,其中主電路的主要組成部件為整流器、逆變器及靜態(tài)旁路三部分,負(fù)責(zé)為用戶提供電能變換、隔離及傳輸服務(wù);控制電路主要是控制主電路的部件正常運(yùn)行,其主要組成部件為一系列控制板;輔助電路的主要組成部分為內(nèi)部控制電源、內(nèi)部風(fēng)扇等易損壞部件。隨著新技術(shù)的不斷產(chǎn)生與推進(jìn),大型UPS電源在功能和性能上都有了很大程度的提高,但是在實(shí)際應(yīng)用方面仍然有些許漏洞,主要表現(xiàn)在缺乏合理的設(shè)計(jì)和運(yùn)行效率低下等幾個(gè)方面。當(dāng)前調(diào)度大樓一般采用大型UPS集中供電，這種集中供電方式一旦電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障，對(duì)于調(diào)度中心來(lái)說(shuō)無(wú)疑將是災(zāi)難性的后果。近年來(lái)電力調(diào)度的重大事故幾乎都與UPS電源有關(guān)。因此，電源系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行過(guò)程中必須將其可靠性要求放在首要位置。

2 UPS電源的系統(tǒng)構(gòu)成

UPS主設(shè)備包括主電路、控制電路和輔助電路。UPS主電路主要包括整流器、逆變器、靜態(tài)旁路三部分,是UPS為用戶負(fù)載提供高品質(zhì)電源的電能變換、隔離、傳輸系統(tǒng)。UPS的控制電路是控制這些主電路部件正常有序運(yùn)行的中樞系統(tǒng),主要由檢測(cè)、運(yùn)算到執(zhí)行的一系列控制板組成。輔助電路主要包括內(nèi)部控制電源、內(nèi)部風(fēng)扇等關(guān)鍵的易損壞部件，配套設(shè)備包括儲(chǔ)能蓄電池及輸入、輸出配電系統(tǒng)。UPS電源的系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示：

3 影響UPS主設(shè)備可靠性的因素

3.1 UPS主電路

UPS輸入端,即整流器。UPS整流器的主要功能是將來(lái)自電網(wǎng)的普通交流電源整流成直流電源,一方面向后端的逆變器供電,同時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。由于它直接和外界電網(wǎng)相連接,所以在UPS的輸入端應(yīng)有完善的保護(hù)功能,來(lái)抑制和消除來(lái)自電網(wǎng)10/700μS5KV雷擊電壓沖擊和8/20Μs20KA的雷擊電流沖擊,保證UPS輸入整流器的安全性,這對(duì)于中大功率UPS顯得尤為重要。UPS輸出端,即逆變器。逆變器是UPS內(nèi)部最關(guān)鍵的部件之一,它負(fù)責(zé)將來(lái)自整流輸出或電池的直流電變換為交流電,向負(fù)載提供與市電無(wú)關(guān)的交流凈化電源。它的可靠性與負(fù)載突加突減的電流沖擊密切相關(guān),同時(shí)也受切換沖擊電流的影響。這就要求在UPS的輸出端應(yīng)配置大電感,以抑制可能的大電流沖擊。同時(shí),UPS應(yīng)具有切換時(shí)的電壓自動(dòng)提升功能,使UPS切換時(shí)的逆變器輸出電壓盡可能接近旁路輸入電壓,以減少切換壓差,從而減少?zèng)_擊電流。

3.2 UPS控制電路

UPS控制電路是整個(gè)UPS的核心部件,它通過(guò)傳感器檢測(cè)UPS的輸入輸出參數(shù)、環(huán)境參數(shù),經(jīng)過(guò)內(nèi)部微處理器復(fù)雜的綜合處理,調(diào)控主電路部件的工作。但是由于它所有的元器件均是信號(hào)級(jí)的敏感電子部件,而且數(shù)量巨大、電路復(fù)雜,易受電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度、濕度、灰塵等的綜合影響,成為UPS內(nèi)部最薄弱、故障率最高的部件,也是影響UPS可靠性的焦點(diǎn)問(wèn)題。在同樣的控制功能下,控制板的數(shù)量清晰地反應(yīng)了控制系統(tǒng)集成度的高低。集成化是提高電子電路可靠性的革命性變革,集成度越好可靠性越高已是業(yè)界一致的共識(shí);其次控制板之間的連接方式,反應(yīng)了控制系統(tǒng)的繁雜程度,及控制板之間的依存關(guān)系,無(wú)疑相互之間的連接線越少,依存關(guān)系越簡(jiǎn)單,出問(wèn)題的概率也就越少。特別值得一提的是,內(nèi)部控制電路的網(wǎng)絡(luò)化連接極大地提高了可靠性。

4 UPS電源的優(yōu)化措施

4.1 電源主機(jī)與蓄電池的連接

蓄電池是UPS電源的重要組成部分,在當(dāng)今應(yīng)用范圍最為廣泛的大型UPS電源中,蓄電池的容量是個(gè)十分關(guān)鍵的問(wèn)題。蓄電池的造價(jià)幾乎超過(guò)UPS電源主機(jī)的造價(jià),因而提高設(shè)備的利用率是設(shè)計(jì)中理應(yīng)注意到的關(guān)鍵問(wèn)題。在實(shí)際操作中可以采用兩臺(tái)UPS電源共用一套蓄電池的做法,當(dāng)市電斷電時(shí),蓄電池可以同時(shí)向兩臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電,此時(shí)即使其中一臺(tái)電源主機(jī)處于檢修狀態(tài),蓄電池中所儲(chǔ)存的能量依然可以通過(guò)另一條電源主機(jī)對(duì)外供電,很大的程度上避免了電能的浪費(fèi)而且能夠保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的持續(xù)性。

4.2 進(jìn)線電源的切換

通過(guò)控制QA1和QA3實(shí)現(xiàn)手動(dòng)切換，主要工作原理為當(dāng)摁下某一按鈕時(shí)其相對(duì)應(yīng)的另一條回路就會(huì)被禁止,當(dāng)主供電源失電或失壓時(shí),該方式無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)切換,此時(shí)UPS電源會(huì)轉(zhuǎn)化為蓄電池供電,有點(diǎn)在于其不會(huì)造成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)停電。這里需要注意的一點(diǎn)是,UPS電源的蓄電池通常處于浮充狀態(tài),適當(dāng)?shù)淖屝铍姵胤乓徊糠蛛娔軐?duì)于蓄電池的保養(yǎng)而言還是有一定好處的因而建議在此情況下可以先對(duì)蓄電池進(jìn)行放點(diǎn)操作,等到釋放出適量的電能再由工作人員手動(dòng)將其切換。應(yīng)用最為廣泛的是大中型UPS電源,同小型的UPS電源相比,前者幾乎都采用了交流三相供電,要求至少具有兩條電源點(diǎn)不聽(tīng)且相互獨(dú)立的電源線,一條為主一條為輔,正常運(yùn)行時(shí)主電源線提供電能,輔助電源處于備用狀態(tài)。在主供電器失電或是失壓的情況下主要有兩種切換途徑。

5 結(jié)束語(yǔ)

電力調(diào)度中心UPS電源的可靠性問(wèn)題對(duì)于電力調(diào)度系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行是至關(guān)重要的,UPS電源的可靠性需要相關(guān)技術(shù)人員對(duì)UPS電源的系統(tǒng)部件、設(shè)計(jì)原理、運(yùn)作方式及制作工藝等具有一定程度的了解,對(duì)能夠影響到電源可靠性的因素進(jìn)行深入的分析探討才能做出有針對(duì)性的優(yōu)化措施,通過(guò)認(rèn)真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)使得UPS電源處于良好的工作狀態(tài)。

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