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大型火電機(jī)組自動(dòng)化程度高，熱工微機(jī)控制系統(tǒng)及其它安全控制裝置對(duì)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(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，如何提高UPS的可靠性，是現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員經(jīng)常思考的一個(gè)問題。
筆者以盤山發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱盤電)2×600 MW機(jī)組UPS系統(tǒng)為例，就大型火電機(jī)組UPS在設(shè)計(jì)、產(chǎn)品質(zhì)量、維護(hù)管理上存在的諸多問題進(jìn)行探討，提出了一些改進(jìn)意見。
1 系統(tǒng)簡(jiǎn)況
盤電安裝了3臺(tái)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(tái)機(jī)組單臺(tái)UPS配置，同時(shí)，為2臺(tái)及以上機(jī)組配置1臺(tái)同容量的公用備用UPS。UPS型號(hào)為PEW1080-220/220-EN，容量為80 kV·A。
UPS系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)需要3路輸入電源：主電源、旁路電源及直流電源。運(yùn)行方式分4種：主電源正常運(yùn)行方式、直流電源運(yùn)行方式、旁路運(yùn)行方式和后備運(yùn)行方式。
正常時(shí)，負(fù)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(shí)，自動(dòng)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(shí)，UPS通過靜態(tài)開關(guān)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成旁路電源供電。UPS維修時(shí)，可通過先通后斷的手動(dòng)旁路開關(guān)由旁路電源直接向負(fù)荷供電。正常運(yùn)行時(shí)3，4號(hào)機(jī)UPS的旁路電源由備用UPS提供。當(dāng)備用UPS故障或檢修時(shí)，旁路電源改由3號(hào)機(jī)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(diǎn)
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(jì)算時(shí)已考慮了UPS負(fù)荷，可保證交流電源停電時(shí)繼續(xù)向負(fù)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(jià)，也減少了檢修、運(yùn)行維護(hù)蓄電池的費(fèi)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(shí)，輸入電壓允許范圍在-15%～+20%；在保證性能時(shí)，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(dòng)力系統(tǒng)允許的電壓波動(dòng)范圍為87.5%～112.5%，直流系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算與設(shè)備選型也按此進(jìn)行，這個(gè)電壓范圍在正常工作和允許的事故放電時(shí)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(gè)范圍并留有一定裕度。同時(shí)，為了避免正常工作時(shí)蓄電池放電，整流器的輸出電壓高于直流系統(tǒng)電壓波動(dòng)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(dòng)勢(shì)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(shí)廠用380 V電源系統(tǒng)是中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，而DCS、DEH等熱工負(fù)荷不希望與電氣共用接地點(diǎn)，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(diǎn)及其原因
目前，國內(nèi)UPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無統(tǒng)一規(guī)范，因此造成國內(nèi)大、中型火電機(jī)組UPS配置出現(xiàn)各種不同方案，即使同容量機(jī)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(jì)手冊(cè)》中所舉600 MW機(jī)組UPS配置范例，采用單臺(tái)機(jī)組單臺(tái)UPS的“一對(duì)一”配置方案。該方案系統(tǒng)簡(jiǎn)捷，投資少，但是存在2個(gè)問題。
(1) 旁路電源的供電可靠性較低。當(dāng)UPS故障或檢修時(shí)，在UPS裝置靜態(tài)開關(guān)已切換至旁路運(yùn)行的情況下，一旦保安段母線失壓，將會(huì)面臨UPS負(fù)荷母線失電。
(2) 如UPS裝置發(fā)生系統(tǒng)故障(整機(jī)故障)或靜態(tài)開關(guān)故障，此時(shí)旁路電源即使完好無損，也無法從主機(jī)切換至旁路上投入運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)供電中斷。
出于對(duì)機(jī)組的安全考慮，對(duì)原UPS系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用“n+1”配置方案，增設(shè)1臺(tái)公用備用UPS。此方案在投資相對(duì)少的情況下，實(shí)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(gè)問題，因?yàn)?臺(tái)UPS同時(shí)兼做2臺(tái)機(jī)組的旁路電源時(shí)，如果任意1臺(tái)UPS發(fā)生系統(tǒng)故障(整機(jī)故障)或靜態(tài)開關(guān)故障，此時(shí)即使備用UPS完好無損，也無法從主機(jī)切至旁路投入運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)供電中斷。
同時(shí)，采用兩用一備方式也帶來了新的問題，即在整個(gè)供電過程中，有1臺(tái)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(tái)設(shè)備長期處于空載運(yùn)行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)切換，尤其在負(fù)荷大時(shí)，整流器和逆變器將受到大電流沖擊，對(duì)設(shè)備不利。
針對(duì)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(jī)組的UPS設(shè)計(jì)方案，減少工程設(shè)計(jì)的隨意性，減少不必要的浪費(fèi)，提高UPS系統(tǒng)的可靠性。
2.5 避免對(duì)UPS認(rèn)識(shí)的盲目性
正常情況下UPS由機(jī)組PC段供電，當(dāng)PC段中斷時(shí)，逆變器在機(jī)組蓄電池支持下繼續(xù)向負(fù)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(jìn)行快速切換，轉(zhuǎn)由旁路電源供電。3路不同型式的獨(dú)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(rèn)為其可靠性是很高的。但這種認(rèn)識(shí)可能會(huì)對(duì)UPS產(chǎn)生盲目性。因?yàn)槊颗_(tái)UPS的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)只有1個(gè)，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(jī)故障停電。從這一點(diǎn)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(fù)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(jī)組UPS故障或UPS負(fù)荷開關(guān)回路故障，對(duì)UPS的所有重要負(fù)荷電源均設(shè)計(jì)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(fù)荷電源是指短時(shí)失電即可造成機(jī)組故障停機(jī)的重要保護(hù)、控制、監(jiān)測(cè)用負(fù)荷電源。實(shí)踐證明，采取這一措施是非常有效的。
3 改善、加強(qiáng)對(duì)火電機(jī)組UPS的維護(hù)管理
作為電氣設(shè)備UPS裝置在火電機(jī)組的應(yīng)用時(shí)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(hù)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(hù)，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(duì)UPS可靠性的盲目認(rèn)識(shí)，容易造成對(duì)UPS的一些部件、元件乃至整機(jī)的失修，出現(xiàn)檢修維護(hù)工作上的死角。這是影響UPS供電可靠性的另一個(gè)主要因素。針對(duì)這一情況，建議采取以下措施。
(1) 加強(qiáng)火電機(jī)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(duì)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(hù)服務(wù)合同。但必須明確UPS設(shè)備及系統(tǒng)的安全責(zé)任主要在于電廠，避免出現(xiàn)管理漏洞。
(3) 加強(qiáng)設(shè)備技術(shù)管理，明確設(shè)備分工，把責(zé)任制落到實(shí)處，使UPS的維護(hù)管理不出現(xiàn)死角。
(4) 根據(jù)設(shè)備用戶手冊(cè)，結(jié)合設(shè)備特點(diǎn)，制定設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)、檢修規(guī)程、條例和定期工作制度。定期開展試驗(yàn)、傳動(dòng)、清掃和其它維護(hù)工作。對(duì)于裝置內(nèi)部的各種元件，如廠家無詳細(xì)規(guī)定，可套用電力系統(tǒng)同類設(shè)備的檢驗(yàn)、試驗(yàn)、維護(hù)規(guī)定和條例進(jìn)行維護(hù)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(qiáng)電力用UPS運(yùn)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(biāo)均應(yīng)滿足產(chǎn)品要求，避免因?yàn)榄h(huán)境原因造成電子線路板出現(xiàn)問題。
