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        UPS 不間斷電源在電力系統中的應用

        人氣:發表時間:2017-10-08

        1 UPS 運行方式
        UPS 有4 種操作運行模式:正常操作模式、停電模式(電池供電)、備用電源模式和維護旁路模式。其中:①正常操作模式:在正常交流電源供應下,整流器將交流電轉換為直流電源后,供電給逆變器并同時對電池充電。在將交流電整流為直流電時,整流器能將市電中所產生的異常突波、噪聲及頻率不穩定等問題消除,使逆變器提供更穩定的電源給負載;②停電模式:當交流電源發生異?;蛘髌?、電抗器故障時,電池組提供電能給逆變器,使交流輸出不會有中斷現象,進而達到保護輸出負載的作用;③備用電源模式:當逆變器發生異常狀況如逆變器保險絲熔斷、元件溫度過高、短路等故障時,逆變器會自動切斷以防止損壞,若此時旁路交流電源正常時,靜態開關會將電源供應轉為由旁路備用電源輸出給負載使用;④維護旁路模式:當 UPS 要進行維修或更換電池而且負載供電又不能中斷時,可以先切斷逆變器開關然后激活旁路開關,再將整流器和備用電源開關切斷。在手動維護旁路轉換的過程中,交流電源經由維護旁路開關繼續供應電源給負載,此時, 維護人員可以安全地對UPS 進行維護。
        2 UPS 在電廠的應用
        電廠專用的UPS 電源大多數為三相輸入、單相輸出的中功率UPS,因為電廠的負載大多數為單相負載,所以其配電線路簡單、維護方便。所謂的三進單出UPS,其內部電路為純單相設計,主要表現在逆變器為單相輸出。“假的”或經過改造的三進單出的UPS,多為三進三出,  UPS 加上三進單出的變壓器改造而成,這種配置容易產生如下問題: (1) 在輸出端增加了三進單出的變壓器,降低了整機效率(3%~5%);
        (2) 三進單出的變壓器仍然具有1/3 的不平衡電流(33.3%),造成UPS 可用容量的下降,因此必須使用更高視在功率的UPS 主機,通常為額定輸出容量的兩倍,利用率降低;
        (3) 增大主機的尺寸和占地面積,提高購置成本。因此在實際應用選型中,應盡可能選擇真正的三進單出UPS。另一方面UPS 的效率在設計選型時需要注意。UPS 的逆變器是將直流功率轉換成交流功率輸出的。一般UPS 的直流電壓在400~460 V 左右,而電廠的直流電壓為220 V,于由此帶來的問題是:直流電壓越低,則逆變器的開關電流就越大,而損耗是與電流的平方成正比的,因此損耗明顯增加;同時大電流需要大容量的功率開關器件、大容量的一次側繞組,較低的直流電壓也需要較高變比的變壓器,這些無疑是一種潛在的開支,直接影響到設備的投資成本、運行成本及設備的折舊等。這種情況需要在配置時慎重考慮。為了提高供電的可靠性,電廠中通常是采用兩臺UPS組成1+1 冗余系統為負載供電,并配之以隔離變壓器、交流電壓調節器作為旁路電源輸入。
        以印度某項目600 MW 電廠為例,該工程每臺機組配置一套2×120 kVA UPS 系統,每套UPS 系統由兩面主機柜、一面旁路柜、兩面饋線柜和兩組蓄電池組成。正常情況下UPS 應由主電源經整流器、逆變器和靜態開關向負載供電。蓄電池正常處于浮充電狀態,當主電源消失或整流器故障時,由自帶蓄電池組經逆變器和靜態開關向負載供電,此時逆變器輸入或輸出不中斷,蓄電池的容量選擇要求能夠保證滿負荷運行30min 以上。當逆變器故障或過載時,由靜態開關切換至旁路供電。當過載消失或逆變器故障修復后,應能自動切換到逆變器供電,切換時間小于5 ms。
        3 UPS 電源系統使用注意事項
        UPS 電源系統因其智能化程度高,儲能電池采用了免維護鉛酸蓄電池,這雖給使用帶來了許多便利,但在使用過程中還應注意下述幾個方面:
        (1) UPS 電源主機對環境溫度要求不高,+5 ℃~40 ℃
        都能正常工作,但要求室內清潔、少塵、相對濕度不能過大,否則灰塵加上潮濕會引起主機工作紊亂。對于特殊運行環境,例如在相對濕度大而溫度又高的電廠設計中,每面盤柜內應考慮加裝溫濕度控制器和加熱器以驅潮,同時室內應考慮安裝空調等。而儲能蓄電池則對溫度要求較高,標準使用溫度為25 ℃,平時不能超過+15 ℃~+30 ℃。溫度太低,會使儲電池容量下降,溫度每下降1℃,其容量下降1%。其放電容量會隨溫度升高而增加,但壽命降低。如果在高溫下長期使用,溫度每高10 ℃,電池壽命約降低一半。
        (2) 主機中設置的參數在使用中不能隨意改變。特別是對電池組的參數,會直接影響其使用壽命,但隨著環境溫度的改變,對浮充電壓要做相應調整。通常以25 ℃為標準,環境溫度每升高或降低1 ℃時,浮充電壓應增加18 mV(相對于12 V 蓄電池)。
        (3) 在無外電靠UPS 電源系統自行供電時,應避免帶負載啟動UPS 電源,應先關斷各負載,等UPS 電源系統起動后再開啟負載。因負載瞬間供電時會有沖擊電池,多負載的沖擊電流和加上所需的供電電流會造成UPS 電源瞬間過載,嚴重時將損壞變換器。
        (4) UPS 電源系統按使用要求功率余量不大,在使用中要避免隨意增加大功率的額外設備,也不允許在滿負載狀態下長期運行。但工作性質決定了UPS 電源系統幾乎是在不間斷狀態下運行的,增加大功率負載,即使是在基本滿載狀態下工作,都會造成主機出故障,嚴重時將損壞變換器。
        (5) 由于組合電池組電壓很高,存在電擊危險,因此裝卸導電聯接條、輸出線時應用安全保障,工具應采用絕緣措施,特別是輸出接點應有防觸摸措施。
        (6) 不論是在浮充工作狀態還是在充電、放電檢修測試狀態,都要保證電壓、電流符合規定要求。過高的電壓或電流可能會造成電池的熱失控或失水,電壓、電流過小會造成電池虧電,這都會影響電池的使用壽命,前者的影響更大。
        (7) 在任何情況下,都應防止電池短路或深度放電,因為電池的循環壽命和放電深度有關。放電深度越深、循環壽命越短。在容量試驗中或是放電檢修中,通常放電達到容量的30%~50%就可以了。
        (8) 對電池應避免大電流充放電,雖說在充電時可以接受大電流,但在實際操作中應盡量避免,否則會造成電池極板膨脹變形,使得極板活性物質脫落,電池內阻增大,溫升越高,嚴重時將造成容量下降,壽命提前終止。
        4 結束語
        在UPS 的使用過程中尤其不能忽視的是維護檢修工作,再好的設備也有壽命,也會出現各種故障,不能因為其高智能、免維護或者是進口設備而忽略了本應進行的維護工作,預防在任何時候都是安全運行的重要保障。
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