第十章交流不停电电源系统

第十章交流不停电电源系统（UPS）
第一节概述
为了保证机组安全、可靠运行，机组除了设置独立的交流事故保安电源外，每台机组还设置了一套完全独立的交流不停电电源装置（Uninterruptible Power Supply简称UPS）。

在机组正常运行时，为汽机、锅炉、电气和计算机控制系统提供可靠的电源，在电厂停电期间，也能为其提供可靠电源。

如果机、炉、电气和计算机控制系统失去UPS电源，就会导致停机。

因此，每台机组都设置了一套完全独立的单相交流220V，50Hz的UPS电源。

第二节京能宁东电厂UPS
10.2.1系统接线和运行方式
UPS是由整流器、逆变器、静态开关、调压隔离变压器等主要部件组成。

一般 UPS有四种操作模式：正常工作电源供电模式、直流供电模式、旁路电源供电模式和维护旁路供电模式，分别说明如下：
10.2.1.1正常工作电源供电模式。

在正常工作电源供电模式下，输入电源来自保安PC的380V交流母线，经整流器转换为直流，再经逆变器逆变成 220V交流，并通过静态切换开关送至UPS主母线。

供电模式如下图：
10.2.1.2直流供电模式。

当整流器故障或正常工作电源失去时，将由220V直流馈线柜通过闭锁二极管经逆变器转换为220V交流，继续供电。

供电模式如下图：
10.2.1.3旁路电源供电模式。

在逆变器故障时，逆变器会自动切断以防止损坏。

通过静态切换开关自动切换到旁路系统供电。

供电模式如下图：
10.2.1.4维护旁路供电模式。

当静态切换开关需要维修时，可手动操作旁路开关，使其退出，并将UPS主母线切换到旁路交流电源系统供电。

供电模式如下图：
10.2.2 UPS的主要技术参数（仅供参考）
以某660MW机组用的UPS为例，其主要参数如下：
额定输出功率：80KVA
额定输入电压：380V
三相：380V±95V，50Hz±0.5
单相：400V（+10% －20%），50Hz±0.5
直流：210～280V。

输出电压：230V±2％。

输出电压特性：交流输入电压变化±10％，直流输入电压变化为210～250V，负载在0％～100％范围变化，输出交流电压变化小于±2％。

输出频率：150Hz±0.5％。

谐波失真度：＜5％。

静态开关切换时间：＜5ms。

10.2.3某600MW机组用UPS系统技术特点
UPS系统参数如前，系统主电路接线图如图10－2所示。

UPS为美国CYBEREX公司产品，其技术特点如下：
10.2.3.1系统采用输入变压器T1和输出变压器T2，将UPS装置与输出、输入电源系统隔离。

同时还在控制回路中采用晶闸管V把“强电”部分与控制线路“弱电”部分隔离的措施，这样就从根本上消除了外界电网可能对控制回路产生的任何干扰和损坏，从而大大提高了它的可靠性。

10.2.3.2系统的U1为三相桥式半控整流，设有过电压、电流限定保护以及缓冲电路。

当整
流器输出电压大于280V 时，过电压保护将整流器输出开关断开，以保护逆变器U2的安全。

当整流器输出过电流时，电流限制电路将降低输出电压以保证输出电流在额定范围内。

另外，该整流器最大特点是采用了缓冲电路，当整流器输入电源突然失去的瞬间，缓冲电路作用使输出维持一个10s的缓冲电压，以保证闭锁二极管VD在导通过程中直流输出电压无阶跃变化，提高了UPS装置供电品质。

10.2.3.3该系统逆变器采用脉宽调制（PWM）逆变电路，并设有直流输入低电压保护和电流限制保护。

当输入直流电压低于210V时，将输入断路器跳闸；当输出电流超过额定电流时，就闭锁触发控制回路，并发信号给静态开关，将负荷快速切换到由旁路电源供电，以保护逆变器晶闸管的安全。

为了保证静态开关在切换过程中，使负荷供电不受扰动，逆变器还设有相位频率调整器，它可在49.5～50.5Hz范围内精确地跟踪旁路电源的频率和相位变化。

如果旁路电源频率超出此范围，它将不再跟踪，而是保持逆变器内部整定的频率输出。

同时闭
锁静态开关的切换，并且“不同期”报警指示灯亮。

图10－2 某600MW机组用UPS主电路图
10.2.3.4 UPS静态切换开关具有自动和手动控制两种切换功能。

手动切换作为调试或检修之用，正常运行为自动切换。

对于自动切换，当发生下列情况之一时，静态切换开关会自动切换：
（1）当逆变器输出电压过高，静态切换开关自动慢速切换到旁路，并闭锁切换开关，当需转换到逆变器供电，应手动按复归按钮解除闭锁。

（2）当逆变器输出电压快速降低至80％额定电压时，静态切换开关在5ms内快速切换至旁路。

（3）当逆变器输出电压缓慢降至90％额定电压时，静态切换开关慢速切换至旁路，一般小于200ms 。

（4）当逆变器输出电压恢复至95％额定电压以上时，静态切换开关自动从旁路供电切换到逆变器供电。

静态切换开关自动切换还必须满足两个条件：逆变器输出与旁路电源之间的相角差小于15°，电压差小于25％额定电源电压。

10.2.4 UPS母线与馈线的基本要求
10.2.4.1为了防止馈线故障而影响母线电压，干扰其他用户的正常运行，每路馈线应装设
快速断路器。

10.2.4.2为了使快速断路器能正确及时切断故障点，UPS母线的短路容量应足够大，能维持母线电压不致波动。

因此，UPS应有足够大的容量和较低的内部阻抗。

10.2.4.3 UPS系统应该是不接地系统，以保证计算机系统的正常运行。

10.2.4.4电磁阀和伺服电机等设备，在现场安装环境较差，容易发生接地或短路故障，应该设置单独一台UPS供电，防止与重要负荷发生干扰。

10.2.5京能宁东电厂UPS系统简介
UPS主机为意大利Astrid Energy Enterprise S.p.A公司产品，旁路柜隔离变压器及调压器北京中创纪机电设备有限责任公司产品，静态开关采用德国西门康产品。

10.2.5.2 UPS系统技术性能
UPS系统组成
UPS系统由整流器，逆变器，静态开关，手动维修旁路开关，隔离变压器，调压变压器，本机液晶监视器，电池直流馈线实时监测系统，本机诊断系统，与计算机监控系统的通信接口，调试、监视和维修专用通信口，负载功率因数测量及输入、输出滤波器，输入、输出回路开关或快速熔断器等元件组成。

UPS装置具有一定的过负荷能力。

UPS装置具有保护和限制功能以及自诊断功能。

UPS系统输入电源共有3路，两路交流380V，一路直流220V。

UPS系统的输出为单相220V交流电。

集控楼UPS供电对象：机组分散控制系统（DCS）、快切盘柜、汽轮机监视仪表、发变组保护盘柜、火灾探测报警及控制系统集中报警控制盘、电气测量变送器、其它自动调节、监视和保护设备等。

单元机组UPS机柜布置在集中控制楼7.1m层UPS屏室。

网络控制系统集控楼UPS供电对象：网络计算机监控系统（NCS）站控层设备、全厂GPS时钟对时等设备。

网络控制系统继电器楼UPS供电对象：火灾探测报警及控制系统区域报警控制盘、电气测量变送器、远动计量屏、其它控制、监视和保护设备等。

10.2.6 UPS各单元基本性能
10.2.6.1整流器
（1）整流器包括隔离输入变压器、可控整流桥、控制板。

整流器输入变压器由三相输入供电。

（2）整流器为逆变器提供一个恒压直流电源。

其最高电压大于1.125倍的直流母线额定电压。

（3）整流器输入电压的允许变化率不小于额定输入电压+10%~-15%。

允许频率变化率不小于额定输入频率的±5%。

（4）整流器应具有全自动限流特性，以防止输出电流超过安全的最大值，当限流元件故障时，其后备保护能使整流器跳闸。

10.2.6.2逆变器
（1）逆变器的输入由整流器直流输出及带闭锁二极管的蓄电池直流馈线并联供电。

当整流器输出电源消失时，切换至蓄电池直流馈线供电。

（2）当整流器输入电压和频率在允许的规定值范围内变化或蓄电池组直流母线电压变化率为额定值的±12.5%时，逆变器在各种工况运行时，其输出电压的变化率不超过额定值的±1%，频率变化率不超过额定值的±5%，逆变器的总谐波有效值不大于5%，任何单一谐波有效值不大于2%。

（3）逆变器具有全自动限流特性。

过载或出口短路时，可以将输出电流限制在安全范围内，当短路切除后能自动恢复正常运行。

限流元件故障时，后备保护将逆变器跳闸，并发出报警信号。

（4）逆变器在功率因数0.7～0.9运行时，最大冲击负荷为额定值的1.5倍时，应能承受60s。

10.2.6.3静态切换开关
（1）在逆变器输出电压消失、受到过度冲击、过负荷或UPS负载回路短路时，静态高速切换开关应自动将配电柜负载切换到旁路交流电源。

从逆变器输出电流消失到切换到旁路电源，总的切换时间不大于4ms。

（2）当电源切至旁路时经延时发信号。

（3）当逆变器恢复正常运行时，静态切换开关应能经适当延时自动将负荷切至逆变器输出，也能手控解除静态切换开关的自动反向切换。

10.2.6.4手动旁路开关
为便于维护UPS设备，设置有手动操作机械旁路开关。

手动旁路开关是先通后断结构，以保证在切换过程中UPS输出交流电源的连续性。

（1）手动旁路切换开关应有接通—中间—断开三位置，以便当静态切换开关退出运行进行维修时，不致使负荷停电。

手控旁路开关在接通位置时将静态切换开关旁路的同时，应切断逆变器的同步信号。

手动旁路切换开关在中间位置时应在度接入同步信号，以便将配电
屏接至逆变器之前试验逆变器的同步。

（2）设置逆变器输出与旁路电源的同步控制装置，以保证逆变器输出与旁路电源同步。

电厂频率偏离限定值时，逆变器保持其输出频率在限定值之内。

当电厂频率恢复正常时，逆变器自动地以每秒1HZ或更小的频差与电厂电源自动同步。

同步闭锁装置能防止不同步时手动将负载由逆变器切换至旁路。

UPS控制屏上设有同步指示，手动切换时，逆变器输出和旁路同步。

逆变器故障或外部短路由静态切换开关自动切换时则不受此条件的限制。

10.2.6.5闭锁二极管
闭锁二极管用于UPS内部整流器输出与外接的机组220V直流电源系统之间的隔离。

闭锁二极管的额定电流应能长期承受逆变器的最大输入电流。

闭锁二极管的反向峰值电压应不小于1500V。

同时有一个闭锁二极管故障显示和监视装置。

10.2.6.6旁路电源
UPS设置旁路电源。

旁路电源包括隔离变压器和调压变压器，降压隔离变压器用于从电气上和静电上将UPS负荷与系统输入电源隔离，即防止暂态过程进入或干扰负荷回路。

自动电压调节器用来随输入电压波动而升高或降低输出电压，以便向UPS负荷提供恒压电源。

所有整流器、变压器、电抗器均为干式。

10.2.6.7配电柜
UPS配电柜内的母线采用铜排，并能承受UPS电源提供的短路电流。

UPS配电柜内的负荷馈线采用施耐德空气断路器。

铜接地母线采用压接型端子连接外部接地电缆。

10.2.6.8面板报警显示：
1、UPS输入电压低报警
2、旁路交流电源电压低报警
3、逆变器输入电压低/高报警
4、UPS输出电压低/高报警
5、静态开关(旁路位置)报警
6、整流器故障报警
7、逆变器故障报警 8、静态开关故障报警
10.2.6.9机械特性
插拔式印刷电路板有机械闭锁装置以防插错位置，还有电气联锁以防在其它电路板未装时系统误操作。

UPS装置有通风、冷却装置以保证元件正常工作于额定环境温度下。

入气孔和排气孔应有可膨胀的金属防护罩。

入气孔有可拆换的过滤器。

采用强迫风冷，马达为密封轴式并装于盘顶。

若马达故障，气孔阻塞，环境温度过高引起设备超温时，UPS 发报警信号并将电源由逆变器切至旁路交流供电。

电源开关模块为抽出式，可从UPS正面拆装。

UPS交流输出中性线与母线相连并与UPS机壳绝缘。

UPS机壳与接地电缆相连。

10.2.7 UPS系统的运行注意事项
10.2.7.1逆变器工作前应检查各冷却风扇运行正常；
10.2.7.2手动旁路开关只能依次切换，不能连续切换；
10.2.7.3 UPS停运前，通知热控专业将相关设备完整退出或切换完成后，方可执行UPS停
运；
10.2.7.4严禁带电插拔继电器，否则会对继电器板造成永久性损坏；
10.2.7.5严禁用带接地的仪表测量时序电路，否则会使控制信号时序紊乱，烧毁可控硅等
部件；
10.2.7.6严禁在不同步的情况下对UPS进行切换，否则会引起电压短路，损坏UPS；10.2.7.7在直流电源带逆变器运行时，严禁拉掉熔断器，否则有可能损坏逆变器。

第三节 UPS系统故障
10.3.1整流器不能开启
10.3.1.1原因：
（1）整流器输入开关QXX未合。

（2）整流器输入电压超范围或相序错。

（3）整流器电源部件温度高。

（4）输出无电压或超范围。

（5）整流桥插件故障。

10.3.1.2处理：
（1）开关未合，合开关。

（2）温度高时，检查风扇运行情况。

（3）如果是其他原因，通知检修。

10.3.2逆变器不能开启
10.3.2.1原因：
（1）直流电压超范围。

（2）输出无电压或超范围。

（3）逆变器电源部件温度高。

（4）转入TSM模式。

10.3.2.2处理：
（1）温度高时，检查风扇运行情况。

（2）通知检修。

第四节习题
1 简述UPS系统的组成。

2 简述UPS的四种操作模式
3 UPS系统的输入电源有几路，都是哪些？
4 集控UPS的负荷有哪些？
5 简述UPS系统运行的注意事项。

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