大机 UPS电源系统常见问题分析

2.3　APS的两路电源

APS1，APS2电源来自不同的变压器，不允许长期并列。如图1，一般应合上Q1，Q2，断开Q3。如果将Q1，Q2由手动操作改换为电动操作，或者加串交流接触器，联锁自投，还可以降低DPU和计算机站失电的概率。

2.4　UPS装置的冗余配置

有的电厂工程，制造厂商在旁路电源上加配了一套交流稳压器。有的技改工程，在APS侧另加1套UPS，1台机组用2套UPS装置。

看来UPS电源的配置方案，值得商榷。笔者认为：

a)使用UPS的目的，并非发电厂的电压质量不能满足计算机系统的要求，而主要是为了不停电。1套UPS装置，本身已有电池和充电器冗余备用，旁路电源只是在逆变器输出故障情况下暂时起作用。计算机系统有时发生"掉站"和芯片元件损坏事件，非旁路电压波动所致。计算机系统各站主机硬件，带有自保护功能。旁路电源系统应该简化，而且可以简化。

b)逆变器是UPS系统的"瓶颈"。从多年的运行经验看，逆变器的控制部分故障率相对较高。有条件的工程，可以考虑1套UPS装置配2套独立的逆变器。双逆变配置，比旁路稳压器或2套UPS装置的方案，更合理、实用、简单。

c)热控重要负荷才需要接入UPS母线，而最重要的负荷(DPU和计算机站)则由UPS和APS双侧电源自动切换供电。APS侧再加1套UPS装置的方案是不可取的。如果硬要双UPS，其输出均应接UPS母线。

d)UPS装置的配置，力求科学合理。提高UPS的可靠性，不能过多依赖增加备用设备，而要从维护和管理上下功夫。冗余太多令装置复杂化，投资增加，利用效率却很低，故障率也可能更高了。

3　系统容量估算选配

3.1　UPS的输出容量

欲使UPS的容量确定得比较恰当，须进行详细的负荷统计，并搜集同型运行机组的实际资料。

负荷统计，需要搜集负荷的同时率、功率因数、经常性电流和最大可能的冲击电流等资料。

UPS的逆变器设有过载保护，输出电流超过(1.2～1.25)In时，将自动切换至旁路供电。为了避免多台负载同时启动迭加冲击电流，频频出现切换及回切，而且主回路元件不至于过热，UPS容量留有足够的余地是必要的，但容量富裕应有度。

黄埔发电厂300 MW机组UPS的输出容量，初拟30 kVA,136 A。与美国西屋公司洽谈后改为50 kVA,227 A。投产后的实际负荷，交流侧一般为90～100 A(直流侧约125 A)，偶而达110～120 A。如选30 kVA,136 A，负荷率为110 A／136 A=0.73，容量有点偏小。如选40 kVA,182 A，负荷率为100 A／182 A=0.55，低于规程推荐值0.6，裕度系数为182 A／100 A=1.82，高于推荐值1.6，才是比较恰当的。

3.2　整流器(充电器)输出容量

UPS设备的功率关系见图3。

图3　UPS设备的功率关系

黄埔发电厂300 MW机组逆变器输入功率为

P2=UDC×IDC=280 V×245 A=68.6 kW.

以SCI公司推荐的公式计算整流器输入视在功率，

S1=Uex×Iex×Ce／(kPF×η1).

式中　S1——整流器输入视在功率，VA；

Uex——整流器输出电压，V；

Iex——整流器输出电流，A；

Ce——整流器过负荷因数(1.2～1.5)；

kPF——波峰因数(一般为0.8)；

η1——整流器效率(0.92～0.94)。

可得：

S1=210 V×245 A×1.2×／（0.8×0.93)=82.9 kVA.

整流器输入功率因数

λ1=P2／(S1×η1)=68.6／(82.9×0.93)=0.889，

UPS效率

η=S3／S1=50／82.9=0.603.

假定UPS负荷的功率因数λ=0.7，则逆变器输出有功功率

P3=S3×λ=50 kVA×0.7=35 kW，

逆变器效率

η2=P3／P2=35／68.6=0.51.

可见，整套UPS的效率是比较低的，这是由于各环节存在损耗。如果UPS的容量选择过大，实际负荷偏低，利用率低，效率则更低。

在充电器已选定输出功率65 kW情况下，参照上述公式，计算得整流变输入容量为87.3 kVA。国产充电器的整流变原设计选配输入容量140 kVA，偏大了。

鉴于整流、逆变各环节交直流侧P，U，I等参数换算与整流、逆变的方式、线路及负荷等有关，准确计算比较复杂，我们期待设计规程提供一套UPS系统适用的基本公式，作为容量选择估算的依据。

4　UPS专用电池个数的选择

4.1　认识上的反思

1988年，黄埔发电厂300 MW机组开始安装，笔者是甲方代表，初接触静态逆变的UPS，对其原理和特点还了解甚少，在UPS电池个数选择上走了一段弯路。原设计电池为日本汤浅公司生产的QFD-250型，250 Ah，碱性，180个，浮充电压1.35 V×180=243 V，均充电压1.47 V×180=264.6 V。拿一般直流系统去套，认为直流电压偏高，会缩短继电器、信号灯等元件寿命，遂提出建议减少电池。经设计代表、乙方代表同意，变更为171个，浮充电压231 V，均充电压251 V。

来源：维库开发网