大型火電機組自動化程度高，熱工微機控制系統(tǒng)及其它安全控制裝置對工作電源的連續(xù)性要求很高，因此需要配置交流不間斷電源(UPS)。UPS電源對機組的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要，如何提高UPS的可靠性，是現(xiàn)場工程技術(shù)人員經(jīng)常思考的一個問題。
   筆者以盤山發(fā)電有限責任公司(以下簡稱盤電)2×600 MW機組UPS系統(tǒng)為例，就大型火電機組UPS在設(shè)計、產(chǎn)品質(zhì)量、維護管理上存在的諸多問題進行探討，提出了一些改進意見。
 
1  系統(tǒng)簡況
 
    盤電安裝了3臺相同容量的瑞士GUTOR公司生產(chǎn)的UPS，構(gòu)成n+1配置方案。即單臺機組單臺UPS配置，同時，為2臺及以上機組配置1臺同容量的公用備用UPS。UPS型號為PEW1080-220/220-EN，容量為80 kV·A。
    UPS系統(tǒng)正常運行時需要3路輸入電源：主電源、旁路電源及直流電源。運行方式分4種：主電源正常運行方式、直流電源運行方式、旁路運行方式和后備運行方式。
    正常時，負荷由主電源經(jīng)過該系統(tǒng)的整流器、逆變器提供。主電源故障時，自動改為由直流電源經(jīng)逆變器供電。逆變器或直流電源故障時，UPS通過靜態(tài)開關(guān)自動轉(zhuǎn)換成旁路電源供電。UPS維修時，可通過先通后斷的手動旁路開關(guān)由旁路電源直接向負荷供電。正常運行時3，4號機UPS的旁路電源由備用UPS提供。當備用UPS故障或檢修時，旁路電源改由3號機保安B段(稱后備旁路電源)提供，見圖1。
 
2  該系統(tǒng)主要優(yōu)缺點
 
2.1  該UPS系統(tǒng)不自帶蓄電池
    廠用電系統(tǒng)有完善的直流系統(tǒng)及大容量的蓄電池組，在蓄電池容量計算時已考慮了UPS負荷，可保證交流電源停電時繼續(xù)向負荷供電0.5 h以上，因此UPS系統(tǒng)不需要自帶較大容量的蓄電池。這不僅降低了設(shè)備造價，也減少了檢修、運行維護蓄電池的費用。
2.2  逆變器與廠用直流系統(tǒng)的配合
    該UPS的逆變器額定輸入電壓是220 V直流，在保證輸出數(shù)據(jù)時，輸入電壓允許范圍在-15%～+20%；在保證性能時，輸入電壓允許范圍在±25%。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，發(fā)電廠直流動力系統(tǒng)允許的電壓波動范圍為87.5%～112.5%，直流系統(tǒng)的參數(shù)計算與設(shè)備選型也按此進行，這個電壓范圍在正常工作和允許的事故放電時間內(nèi)是可以得到保證的。因此，該逆變器的直流輸入電壓完全適應(yīng)這個范圍并留有一定裕度。同時，為了避免正常工作時蓄電池放電，整流器的輸出電壓高于直流系統(tǒng)電壓波動的上限，并加裝了二極管以防止整流器向蓄電池充電。
2.3  旁路電源設(shè)置了隔離變壓器和穩(wěn)壓變壓器
    考慮到廠用電電壓一般偏高，而且用電設(shè)備的頻繁啟動勢必影響電壓質(zhì)量，因此加裝了調(diào)壓穩(wěn)壓器，以改善旁路電源的電壓質(zhì)量作用。同時廠用380 V電源系統(tǒng)是中性點接地系統(tǒng)，而DCS、DEH等熱工負荷不希望與電氣共用接地點，因此加裝了隔離變壓器，以使兩系統(tǒng)不產(chǎn)生電的聯(lián)系。
2.4  兩用一備方式的缺點及其原因
    目前，國內(nèi)UPS系統(tǒng)的設(shè)計無統(tǒng)一規(guī)范，因此造成國內(nèi)大、中型火電機組UPS配置出現(xiàn)各種不同方案，即使同容量機組的UPS配置方案也不盡相同。
    盤電建廠之初，根據(jù)《電力工程設(shè)計手冊》中所舉600 MW機組UPS配置范例，采用單臺機組單臺UPS的“一對一”配置方案。該方案系統(tǒng)簡捷，投資少，但是存在2個問題。
    (1) 旁路電源的供電可靠性較低。當UPS故障或檢修時，在UPS裝置靜態(tài)開關(guān)已切換至旁路運行的情況下，一旦保安段母線失壓，將會面臨UPS負荷母線失電。
    (2) 如UPS裝置發(fā)生系統(tǒng)故障(整機故障)或靜態(tài)開關(guān)故障，此時旁路電源即使完好無損，也無法從主機切換至旁路上投入運行，導(dǎo)致系統(tǒng)供電中斷。
    出于對機組的安全考慮，對原UPS系統(tǒng)進行改造，采用“n+1”配置方案，增設(shè)1臺公用備用UPS。此方案在投資相對少的情況下，實現(xiàn)了UPS備用冗余，提高了旁路電源的供電可靠性。但此方案無法解決第2個問題，因為1臺UPS同時兼做2臺機組的旁路電源時，如果任意1臺UPS發(fā)生系統(tǒng)故障(整機故障)或靜態(tài)開關(guān)故障，此時即使備用UPS完好無損，也無法從主機切至旁路投入運行，導(dǎo)致系統(tǒng)供電中斷。
    同時，采用兩用一備方式也帶來了新的問題，即在整個供電過程中，有1臺UPS長期閑置不用，處于空載狀態(tài)，設(shè)備使用率低。另外，1臺設(shè)備長期處于空載運行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)切換，尤其在負荷大時，整流器和逆變器將受到大電流沖擊，對設(shè)備不利。
    針對這種情況，建議有關(guān)部門盡快統(tǒng)一、完善不同容量火電機組的UPS設(shè)計方案，減少工程設(shè)計的隨意性，減少不必要的浪費，提高UPS系統(tǒng)的可靠性。
2.5  避免對UPS認識的盲目性
    正常情況下UPS由機組PC段供電，當PC段中斷時，逆變器在機組蓄電池支持下繼續(xù)向負載提供不間斷的電源。若直流電源再有故障或裝置內(nèi)部逆變器故障，靜態(tài)開關(guān)進行快速切換，轉(zhuǎn)由旁路電源供電。3路不同型式的獨立電源和靜態(tài)開關(guān)共同構(gòu)成了UPS的可靠供電體系。因此UPS作為不間斷電源，通常認為其可靠性是很高的。但這種認識可能會對UPS產(chǎn)生盲目性。因為每臺UPS的監(jiān)測控制系統(tǒng)只有1個，它是UPS裝置的“神經(jīng)中樞”和指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，如控制邏輯板或控制回路設(shè)備故障，將導(dǎo)致UPS整機故障停電。從這一點看，UPS并非完全意義上的“不間斷電源”，它也有故障的可能，只是故障的幾率較低而已。另外，UPS母線負荷分支開關(guān)回路也有發(fā)生故障的可能。所以，為了防止機組UPS故障或UPS負荷開關(guān)回路故障，對UPS的所有重要負荷電源均設(shè)計為相互備用冗余，且2路互備冗余電源應(yīng)取自不同的電源系統(tǒng)。所謂重要負荷電源是指短時失電即可造成機組故障停機的重要保護、控制、監(jiān)測用負荷電源。實踐證明，采取這一措施是非常有效的。
 
3  改善、加強對火電機組UPS的維護管理
 
    作為電氣設(shè)備UPS裝置在火電機組的應(yīng)用時間還比較短，它不像典型的電氣一、二次設(shè)備那樣有明確的專業(yè)歸口管理，也缺少統(tǒng)一、成熟的檢修維護管理規(guī)范和條例。目前，盤電UPS裝置雖歸電氣專業(yè)管理維護，但因其內(nèi)部的一、二次設(shè)備互相關(guān)聯(lián)交叉，小專業(yè)界面較難分清，加之對UPS可靠性的盲目認識，容易造成對UPS的一些部件、元件乃至整機的失修，出現(xiàn)檢修維護工作上的死角。這是影響UPS供電可靠性的另一個主要因素。針對這一情況，建議采取以下措施。
    (1) 加強火電機組UPS專業(yè)管理，盡快明確專業(yè)管理歸口。
    (2) 由于UPS設(shè)備復(fù)雜、技術(shù)含量高，建議對其核心技術(shù)部分以制造廠家為技術(shù)依托，與其簽定長期的維護服務(wù)合同。但必須明確UPS設(shè)備及系統(tǒng)的安全責任主要在于電廠，避免出現(xiàn)管理漏洞。
    (3) 加強設(shè)備技術(shù)管理，明確設(shè)備分工，把責任制落到實處，使UPS的維護管理不出現(xiàn)死角。
    (4) 根據(jù)設(shè)備用戶手冊，結(jié)合設(shè)備特點，制定設(shè)備運行、維護、檢修規(guī)程、條例和定期工作制度。定期開展試驗、傳動、清掃和其它維護工作。對于裝置內(nèi)部的各種元件，如廠家無詳細規(guī)定，可套用電力系統(tǒng)同類設(shè)備的檢驗、試驗、維護規(guī)定和條例進行維護和管理。
    (5) 配備必要的備品配件，特別是控制板等控制回路設(shè)備，應(yīng)有足夠數(shù)量的備品。
    (6) 加強電力用UPS運行環(huán)境的管理，UPS配電室的溫度、濕度、粉塵濃度以及電磁干擾等指標均應(yīng)滿足產(chǎn)品要求，避免因為環(huán)境原因造成電子線路板出現(xiàn)問題。