水電廠計算機監控系統上位機UPS電源改造與優化

羅曉鴻（貴州烏江水電開發有限責任公司思林發電廠，貴州 銅仁 565109）

1 概 述

思林發電廠位于貴州省東部境內烏江干流河段，屬于烏江干流梯級開發的第6級電站，總裝機容量為4×262.5 MW，多年平均發電量4.072×109kW·h，是黔電送粵的主要電源點之一。電廠計算機監控系統為國電南瑞提供。監控系統上位機是全廠計算機監控系統控制的核心，承擔著電廠所有發電設備、輔助設備的運行監測與控制功能，并與貴州省電力調度控制中心進行數據傳輸，實現自動發電控制（AGC）和自動電壓控制功能（AVC），與烏江流域梯級集控中心實現數據傳輸、機組遠方開停和負荷調節等功能。監控系統UPS電源主要為上位機主服務器、工程師站、操作員工作站、核心交換機、下位機交換機、中調通信站和集控通信站等設備提供不間斷交流電源。UPS為電力專用UPS，是監控系統上位機安全穩定運行的重要生產設備。

2 改造前原UPS電源概況

2.1 原UPS系統介紹

原監控系統上位機UPS電源為意大利BEST POWER公司生產的雙變換在線式電力UPS，每套UPS容量為20 kVA，按照雙套配置，兩套UPS共用一套旁路柜，隨電廠機組投產同時投入運行。它主要由輸入濾波板、保護電路、整流器、逆變器、靜態開關、旁路開關、隔離變壓器以及輸出濾波板等組成，分為正常市電供電模式、蓄電池供電模式、旁路電源供電模式和維護旁路供電模式。UPS電源不自帶蓄電池，蓄電池供電模式由開關站單獨的220 V直流系統供電。原計算機監控系統上位機UPS電源系統結構如圖1所示。

2.2 存在的問題

2.2.1 監控系統上位機UPS電源兩套交流輸出共用一段母線

兩套UPS交流220 V輸出連接到電源分配屏后共用一組母線，再由該段母線送向上位機各個負荷側。原設計存在一定的安全隱患，當該母線出現故障時（如短路、接地），連接在母線上的所有供電將受影響，上位機各服務器電源將中斷，不滿足《南方電網調度自動化系統不間斷電源配置規范》中UPS輸出分段運行的要求。

2.2.2 兩套UPS并機運行

2018年1月15日，巡視人員發現中控樓三樓監控系統UPS設備室內#1 UPS電源有異常聲響，經專業維護人員對UPS整流器、逆變器各接線端子、各卡件進行檢查，未發現異常。現場處理完畢后，開始對#1 UPS電源進行空載試運行。在#1 UPS電源開機過程中，發現#2 UPS電源輸出電壓由220 V降至195 V，并報“逆變器故障”，隨即收到中控室人員告知監控系統上位機失電。故障導致監控系統上位機停電約25 min，監控系統與省調通信、集控通信中斷約35 min。經分析，掉電的原因為兩套UPS電源經并機通信線連接并采用并機方式運行，#1 UPS開機過程中與#2 UPS數據同步過程出錯，導致#2 UPS電源控制異常，兩套電源同時掉電。

圖1 原監控系統上位機UPS電源系統結構圖

2.2.3 旁路柜僅有一套

旁路交流電源取自中控樓壩區400 V自用1段，與#1 UPS交流總進線取自同一段電源。當旁路柜或400 V自用1段故障或失電時，UPS電源將失去旁路功能，不滿足《南方電網調度自動化系統不間斷電源配置規范》中兩路交流輸入電源應分別來自不同段交流母線的接線方式要求。

2.2.4 設備故障頻發

原UPS電源運行期間發生過逆變器故障、熔斷器燒損以及吸收板損壞等。

2.2.5 容量不滿足要求

隨著水電站遠程診斷平臺、監控系統網絡安全服務器、工業電視以及on-call系統等設備的不斷增加，原設計容量已不能滿足運行要求。

當前，UPS電源設計功能不合理、故障頻發、設備老化、容量不足等問題逐漸顯現，急需進行技術改造。

3 UPS電源改造與優化

為滿足大型水電廠遠程集控、少人維護的要求、提高自動化系統運行可靠性和穩定性，對計算機監控系統上位機原UPS電源進行整體換型改造，徹底解決原UPS電源存在的各種問題。

3.1 改造方案設計

（1）UPS主機采用在線式電力專用UPS，按兩套配置，單套容量為40 kVA。兩套UPS獨立運行，設獨立旁路，柜式一體化UPS。改造UPS配電柜，輸出由聯絡方式改為獨立供電方式。在原UPS電源分配屏增加一段母線，輸出間配置聯絡開關，必要時可手動合聯絡開關運行。

（2）UPS配有LCD屏顯示，可查詢輸入、輸出電壓、頻率、負載百分比、故障以及運行狀態等信息。UPS不能給蓄電池充電或有關閉蓄電池充電的功能。在UPS過載、逆變器未開啟等情況下，要求能自動切換到旁路供電。在UPS故障需維修的情況下，可通過手動閉合維修旁路，以實現對負載不停電維護。同時，需具備過載、短路和超溫保護功能。當交流中斷時，由直流經逆變器供電，切換時間應為0 ms。當交流輸入電源恢復正常后，由直流供電切換至交流輸入電源供電，切換時間應為0 ms。通過UPS電源旁路切換開關自動切換至交流旁路輸入電源供電，切換時間應小于4 ms[1]。要有緊急關機功能，在需要時可緊急關機。

（3）按照設計方案，選定UPS電源為TTUPS-40 kVA電力專用UPS，共四面屏柜組成。兩套UPS交流輸入電源采用兩路供電方式，分別取自不同母線。#1 UPS交流400 V進線取自壩區400 V自用1段，旁路取自壩區400 V自用2段，直流輸入取自開關站220 V一套直流系統。#2 UPS交流400 V進線取自壩區400 V自用2段，旁路取自壩區400 V自用1段，直流輸入取自原開關站220 V兩套直流系統。旁路電源和交流進線交叉配置，壩區400 V自用1、2段具有電源備自投功能，充分保障供電系統可靠性。改造后的UPS電源結構如圖2所示。

3.2 UPS電源優化及改造過程

3.2.1 改造前測試及優化情況

圖2 改造后監控系統上位機UPS電源結構圖

改造前測試新UPS整機各項功能。測試手動維修旁路帶載測試正常，測試直流系統反充電測試正常。在UPS柜本體主要進行交流切直流供電試驗、直流切交流供電試驗、逆變切旁路供電試驗、交流切旁路試驗以及旁路切交流試驗，其試驗負載無突變、停機等現象。新UPS輸出各相電壓滿足220 V±3%的要求，但在UPS開關上一級壩區400 V開關處合旁路進線電源開關時，UPS偶爾會發出負載短路、逆變故障信號，導致試驗負載掉電。針對上述問題，分析原因為新UPS旁路柜變壓器和穩壓設備輸出側未增加濾波器，在旁路電源恢復投入瞬間形成尖峰電壓干擾主機運行，造成試驗負載掉電。但是，并非每次操作均會出現掉電情況，屬偶發現象。為此，在計算機監控系統UPS旁路柜調壓變和穩壓設備輸出側增加濾波電容，吸收并消除尖峰電壓。優化后，多次以不同方式進行切換試驗，UPS各項指標滿足設計要求，有效避免了改造投運后造成的風險。

3.2.2 UPS改造實施過程

改造時確保計算機監控系統上位機重要負荷不停電[2]。電廠申請利用夜間機組全停，退出全廠AGC、AVC功能、集控中心，將機組控制權由集控側轉移至電廠側。改造現場實施部分主要分為3個階段。

第1階段。統計上位機重要設備雙電源負荷情況，如表1所示。中調通信站、下位機交換機、中調遠動路由器只有一路電源，需要停運服務器后搭接臨時電源，并將原UPS提供的交流負荷B套轉移至壩區400 V 1段臨時電源上，檢查負荷運行正常。

第2階段。#1 UPS安裝、調試、配電柜改造，臨時電源搭接完畢后，按照逐套進行的原則，將原#1 UPS退出運行并拆除，安裝、調試新UPS，對配電柜母排進行分段改造。將#1 UPS輸出接至配電柜UPS 1段，將監控系統上位機設備A套電源或冗余的A套設備及中調遠動路由器轉移至UPS 1段上。

第3階段。#2 UPS安裝、調試，2套負荷接入。第2階段施工完畢后，將原#2 UPS退出運行并拆除，安裝、調試新UPS，并將#2 UPS輸出接至配電柜UPS 2段，拆除臨時電源，將B套負荷接至UPS 2段上。

表1 上位機重要負荷統計表

所有負荷按照平均分配、分段運行原則，完成全部安裝調試和負荷割接，監控系統UPS電源投入正式運行。UPS電源改造投運后，維護人員利用壩區400 V廠用電倒換停電機會，在電源分配屏負載處接入電能質量分析儀檢測交流掉電切換直流的電壓波形。分析儀波形顯示，交、直流切換時，輸出電壓波動＜3%，切換直流供電時間＜1 ms，輸出波形失真度＜3%，無尖峰電壓，滿足計算機監控系統負載不間斷電源的各項技術要求。

4 UPS改造后運行維護要點

（1）進行UPS維護時，需將負載切換到維修旁路。先在操作按鍵上將逆變器停止工作，將維修旁路解鎖后合上維修旁路開關，合閘瞬間伴有接觸器吸合聲，然后依次斷開交流輸入，直流輸入和旁路輸入開關，此時UPS轉到維修旁路工作才能進行主機維護。

（2）40 kVA UPS容量較大，運行過程需加強對主機散熱情況和設備間溫度的監視。主機柜內的散熱風扇在逆變工作狀態時一直工作，當溫度達到30 ℃時第二級散熱風扇啟動，當溫度超過50 ℃時第三級散熱風扇啟動并告警。

5 結 論

本文總結思林發電廠計算機監控系統上位機原UPS電源存在的問題，將原UPS電源由并機運行改造為兩套獨立的冗余系統。通過改造及優化，提高了計算機監控系統上位機運行穩定性和可靠性。目前，UPS電源分別對計算機監控系統上位機、遠程診斷平臺、網絡安全服務器、工業電視和on-call系統等設備進行不間斷供電，#1 UPS、#2 UPS的負荷百分比分別為16%、17%，UPS電源雙套配置、分段運行可靠，為水電廠遠程集控、少人維護管控模式的推進提供了重要保障。