UPS電源在電力監控系統中的應用探討

梁垚

摘要：本文介紹了UPS電源在電力監控系統中的應用情況，對UPS 建設階段中模式選擇、容量選擇、接地選擇等常見問題依據筆者所在單位的相關要求作了具體分析。同時，結合實際工作經驗探討了運行維護中UPS主機和蓄電池的注意事項。

關鍵詞：UPS;電源;電力監控系統;應用

一、電力監控系統的基本概念

電力監控系統是指用于監視和控制電力生產及供應過程的、基于計算機及網絡技術的業務系統及智能設備，以及做為基礎支撐的通信及數據網絡等。電力監控系統主要包括調度自動化系統（如能量管理系統、廣域相量測量系統、電能量計量系統、廠站自動化系統、換流站計算機監控系統、水調自動化系統、實時電力市場的輔助控制系統、電力調度數據網絡等），配電自動化系統等。而目前UPS電源不管是在以能量管理系統為主的調度自動化主站，還是在以廠站自動化系統為主的廠站，以及以電力調度數據網和其通信傳輸網為主的網絡傳輸通道都得到了普遍的應用。隨著電網建設的發展，電網結構也越來越龐大、復雜。電力監控系統作為電網安全、穩定、經濟運行的基本保障，其可靠性也越發重要，而UPS電源則為電力監控系統的持續穩定供電提供了有力支撐。

二、應用的基本情況

UPS 電源可分為后備式、在線式和在線互動式三種。在由正常市電模式轉換為電池模式的轉換時間上這三種類型體現為：在線式由于逆變器一直處于逆變工作狀態所以轉換時間為0。而后備式在市電模式下逆變器是沒有工作的，當市電消失后立即轉為工作狀態，需要4-10ms轉換時間。在線互動式在市電模市下是通過逆變器反向工作向蓄電池充電，當市電消失后立即轉換為逆變狀態，同樣需要一定的裝換時間。由于電力監控系統中服務器、磁盤陣列、網絡設備等負載對于供電質量要求較高，需真正實現負載供電不間斷，因此電力監控系統機房采用的是在線式UPS電源。

三、建設階段應注意的問題

1.UPS結構模式的選擇

UPS系統結構主要有單機模式、雙機并聯模式、并聯冗余模式等。根據《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》相關規定的要求UPS應至少具備兩路獨立的交流供電電源，且每臺UPS的供電開關應獨立。也就是說UPS系統最好由不同變電站的高壓饋線電源、不同低壓配電柜、不同電纜路徑、不同UPS配電柜的兩路獨立的交流電源供電。這樣能充分保證UPS市電輸入的高可靠性。同時，UPS所帶負載也必須支持雙電源。UPS雙機并聯模式相對而言雖然具有更高的可用性，其可用性可達99.999%左右。但雙機并聯結構為單輸出母線結構，且通過同步模塊實現同步，存在單點故障會干擾影響另外一正常節點，在UPS輸出側供電線路發生短路故障、整流濾波電容故障或IGBT管被燒或同步模塊故障時極易導致兩臺并機的UPS出現瞬間供電中斷或者輸出停電。事故案例也表明，因UPS供電系統內部模塊或其他模塊故障導致輸出閃斷或中斷，進而引起信息系統運行中斷事故時有發生[2]。綜上所述，電力調度UPS系統結構一般采用雙機單獨運行帶旁路模式，此結構實現了輸入、輸出地完全冗余配置，避免了單點故障導致整個UPS系統故障的可能。

2. UPS及蓄電池容量的選擇

根據《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》相關規定的要求調度自動化系統應采用專用的、冗余配置的不間斷電源（UPS）供電，UPS單機負載率應不高于40%。外供交流電消失后UPS電池滿載供電時間應不小于2h。在雙機單獨運行帶雙電源設備——這種電力監控系統機房常用結構模式下，UPS單機負載率應不高于40%也就是說所有負載設備的功率總和不能超過兩臺UPS主機的總容量的80%。根據負載情況確定UPS主機容量后，根據主機滿載容量下的有功（滿載有功一般為UPS主機視在容量乘以0.9的系數）折算出蓄電池的輸出電流，然后根據輸出電流，放電時間不小于2h等參數，換算出蓄電池應配備的最小容量。

3.UPS接地方案的選擇

如下圖1、2所示，USP系統接地分為兩種情況。兩種情況的區別主要體現在零地電壓的大小上。在不對稱負載或非線性負載存在時，中性線有電流流過，中性線和地線之間會產生零地電壓。電力監控系統UPS電源建設過程中，USP系統接地問題經常被忽視。計算機設備一般要求零地電壓小于2V，過高的零地電壓容易引起設備硬件損壞。考慮到對旁路供電隔離，可按照圖2所示將旁路接入三繞組變壓器，無論旁路電源供電還是由逆變電源供電，輸出側均構成完整的獨立電源系統，從而可以有效減小零地電壓的產生和市電干擾，非常適合于電力監控系統這一重要信息系統的供電。

四、維護階段應注意的問題

1.主機的維護及注意事項

主機在投運時一定要做好相關試驗，特別是各類狀態的正常切換試驗。市電模式與電池模式的正常互相切換，市電模式與旁路模式的正常互相切換。這里需注意的是，旁路檢修開關的合上與斷開也要做相應的試驗，特別是某些廠家型號的UPS支持在UPS主機逆變器運行狀態下強制合上檢修旁路，然后UPS自動關機的功能，一定要進行試驗，確保功能正常。同時還容易忽視的是，UPS兩路輸入的切換試驗，通過切換試驗驗證ATS裝置的動作正確性及兩路輸入電源的相序一致性。當相序不正確時，部分UPS會啟動輸入保護，導致UPS自動切換到電池模式。同時，UPS關機后，如果相序不正確，部分型號主機也不能正常開機，只能工作在旁路模式。目前的UPS主機基本都支持通過網絡、串口、硬結點等多種方式接入動環管理系統，在將相關信號接入完成前，一定要逐個核對相關量測是否采集一致、準確，相關狀態量動作是否傳送及時、正確。

2.蓄電池的維護及注意事項

UPS電源一般配置的是免維護的鉛酸蓄電池，但為了延長使用壽命，保障運行穩定安全，進行相關維護是很有必要的。主要定期進行充放電試驗、內阻測試、紅外測溫等。同時，運行時間較長的電池，在其充放電的過程中還要進行紅外測溫，并緊固接線端子防止長時間運行后的螺絲松動。長期未用的蓄電池不要馬上帶負載，靜止不同廠家、型號的蓄電池混用。UPS電源嚴禁接入取暖、制冷、臨時施工電源等高耗電負載。

參考文獻：

[1] 宮正 UPS電源在電力調度自動化系統中的應用與維護 [J] 通訊世界2016（5）：214-215

[2] 宮正電力調度不間斷電源系統研究 [J] 2010（28）：88-89