变电站UPS在事故照明改进处理中的应用

关键词：变电站；UPS；事故照明；断相继电器 中图分类号：7M774 文献标识码：A UPS of Transformer Substation& Innovation on Accident Lighting XU Hong-duan, ZHOU Yun-hai, HU Xiang-yong, MIN Rui, HU Feng (College of Electrical Engineering & Information Technology, Three Gorges University, Yichang 443002, China) Abstract:The classification and system configuration of UPS power used for transformer substation are introduced in this paper, in addition innovation on accident lighting is presened in detail also. It is very useful for transformer substation to reconstruct general automation. Key words: transformer substation; UPS; accident lighting ; incomplete phase relay 1 引 言 随着电力系统综合自动化的发展，越来越多的计算机当地监控、远动、微机保护以及自动化仪表等设备应用于电力系统。变电站操作电源是为控制信号、保护回路及自动装置供电的电源装置，是它的重要组成部分。当变电站主电源停电时，要求操作电源仍能对上述回路可靠供电。而另一方面，自然界的雷电，电网的接地不良等因素均可能影响到变电站而导致停电。如果所用变失电，会导致上述关键设备误动作或数据自动丢失等严重后果。因此，在变电站要求配置UPS(不间断电源)。而且，当变电站发生全所停电后，事故照明是必不可少的。只有稳定可靠的事故照明才能确保变电站的重新恢复正常运行，从而确保用户的正常工作，减少经济损失或其他更严重的事故。所以，事故照明对于电力系统的安全运行也起着举足轻重的作用。 2 变电站UPS 2．1 UPS概述及分类特点 UPS(Uninterruptible Power System)不间断电源装置，主要用于重要的不能间断供电的场合，如计算机中心、邮电通信、电力调度自动化系统等。几十年来UPS技术走过了快速发展的历程，按技术可以分为以下三种类型。 1)后备式(Standby or off-line)。它的本质特点是具有离线的逆变器，并且由于逆变器平时为冷备状态，因此存在较长的电池切换时间。该类 UPS范围窄，容量小(400～1000W)，在线及逆变输出质量差，且切换时间较长，长延时应用能力较差，因此综合的可用性较差，只适用于单台PC等非重要场合的一般性电源保护，变电站一般不予采用。但其结构简单，体积小，噪音低，故普遍具有较高的工作效率，以及较经济的价格。 2)交互在线式 ①普通交互在线式(Line Interactive)该类UPS同样具有离线的逆变器，但为热备状态。同时提供相当程度的电压调整能力以及输入输出的滤波及浪涌抑制环节。从而可以提供良好的净化输出电源，对负载起到更好的保护作用。 ②高级交互在线式(Line Interractive Plus)除具有一般交互在线UPS性能外，又进一步拓宽了输入电压的波动范围，缩小了输出电压的波动范围(较在线式UPS稍宽)，使之具有很高的可用性。同时在电池管理方面引入智能化管理，加快回充速度，延长电池寿命，并提供电池潜在的故障早期报警。因此，高级交互式UPS在充分考虑到UPS的可用性基础上，保持简化的结构，提供高效率及整机的高可靠性。交互在线技术在1～3KVA容量范围内应用效果比较理想，对于大多数分布较分散的小型计算机网络及通讯设备而言，交互在线 UPS以其独特的综合性能优势，得到广泛应用。但交互在线UPS也具有一定的局限性，除容量(1～3KVA)限制外，其对频率干扰的适应性较差，因此对柴油发电机的适应力也不如传统在线UPS好，所以在变电站采用的也不多。 ③传统在线式(On-Line)该类UPS的本质特征就是：逆变器始终在线工作，因此在电池切换中无须切换时间。在线UPS的结构决定了其与市电输入的无关性。因此对输入电的适应能力更强，尤其表现在对频率变化的适应能力。输出则提供非常精准的电压稳定度，频率稳定度，同时整机在噪声抑制，浪涌保护等功能上都大大提高。与前两者相比，相同容量的在线UPS更适合于输出范围要求严格的场合，或柴油机供电、电网恶劣、频率及电压波动较大的场合。另外，在线UPS容量范围比后备及交互在线UPS宽的多，由于技术上的可实现性，在线UPS可提供1-300KVA的各容量段的不同应用。并且在长期各种场合的使用中增加了很多辅助功能，如自动旁路、手动旁路、电池管理、通讯管理、效率优选以及各种冗余方式的应用。因此，在应用范围上也较前两者更广，无论在小型分布式或大中型集中供电方式中都有一席之地，尤其是在大中型集中供电方式中，更具有绝对优势。对于在线UPS本身来讲，面向集中可靠供电现场的大中型UPS在包括保护、可靠性、冗余措施等诸多方面的设计上与小型在线UPS比较，有着很大的飞跃，从而确保在重要场合应用的可靠性。传统在线式UPS的美中不足就是，由于经历交直交等众多的电气环节，使得整体效率较低。因此，常常在小型分布供电应用中与交互在线式UPS配合使用，充分发挥各自的优势。 2．2 变电站UPS及构成 我们在实际工作中，根据其特性，将UPS用于改造小型发变电站中的直流操作电源。由于电力系统中的直流操作电源系统已具有较大容量的蓄电池组，有的用户要求不安装蓄电池，这使得电力系统所使用的UPS具有多种接线方式。接线方式不同，UPS系统的成本和可靠性均不同。 UPS有多种类型，其结构也各不相同。图1给出了目前普遍使用的在线式UPS的结构简图，它由整流器、逆变器、蓄电池组、静态转换开关等部分组成。正常工作时，市电经整流器变成直流后，再经逆变器变换成稳压、稳频的正弦波交流电压供给负载。当市电掉电时，由蓄电池组向逆变器供电，以保证负载不间断供电。如果逆变器发生故障，UPS则通过静态开关切换到旁路，直接由市电供电。当故障消失后，UPS又重新切换到由逆变器向负载供电。由于在线式UPS总是处于稳压、稳频供电状态，输出电压动态响应特性好，波形畸变小，因此，其供电质量明显优于后备式UPS。目前大多数UPS，特别是大功率UPS，均为在线式。 3 事故照明的改进处理 3．1 常规方法 当变电站的交流系统全停时，就应该启动事故照明系统，以便查找原因排除故障。目前变电站的事故照明系统是通过一个断相继电器DBJ来启动一个直流接触器Q，从而把直流屏上的直流电送给事故照明的电灯。其原理如图2。DBJ位于所用电进线电源处，当所用电失电时，DBJ的常闭接点返回，从而启动Q，Q的两对常开接点闭合，事故照明灯泡回路导通。 3．2 改进处理 当前变电站正在进行综合自动化改造，配置了当地监控，实现了四遥功能，远动通信设备的电源要绝对可靠，即使在全所停电的情况下也要将各种信号(比如交流电停电信号)上传，因而跟直流屏一起配置了UPS。既然利用UPS装置提供调度通讯的交流电源，我们想到了事故照明，能否采用一套装置来使二者兼顾呢。 现在，对事故照明系统做一下改进处理，利用 UPS装置的交流逆变输出提供事故照明，可以省下一个断相继电器和一个直流接触器，而且接线简单、便捷，不易出错。其原理如图3。 虽然，如此接线会在一定程度上增加丁UPS装置的负荷，但正如上所述，如今的UPS发展很快，容量足够大，可以考虑容量适当的UPS。另外还应注意的是，UPS最好不要接感性负载。因为感性负载的启动电流过大，容易烧坏UPS。 3．3 改进效果 由此，不但提供了稳定可靠的事故照明，还节省了一个断相继电器和一个直流接触器，具有良好的技术经济特性，尤其是对于现在正在进行农网小型发变电站无人值班化的改造有一定的实际意义。在实际的变电站改造中，已将其应用于江苏省某县几个小型变电站中，取得了很好的效果。在这里要特别感谢江苏省睢宁县供电公司，给我提供了这个难得的实习和实践的机会。 4 结 语 UPS装置具有良好的充电、逆变、稳定等特性，我们在实际工作中，根据其特性，将其用于改造小型发变电站中的直流操作电源和事故备用电源，取得了良好的技术经济效益。不但解决了该站直流电源的可靠性和调度通讯装备的备用交流电源问题，而且解决了事故照明问题，从而解决了全站停电检修时的必需的交流试验电源(变压器油耐压试验、开关设备的直流耐压及泄漏电流试验的所需电源)问题，保证了变电站的安全、稳定运行，对提高电力系统的供电质量具有十分重要的意义。 参考文献 [1] 原立涛，李凤玲．UPS电源简介[J]．煤炭技术，2001，20(7)：17～19． [2] 易映萍．电力系统UPS接线方式探讨[J]．继电器，2001，29(4)：45～47． [3] 候振义，王义明．UPS电路分析与维修[M]．北京：科学出版社．2001． [4] 高军．UPS逆变器数字化控制技术的研究[D]．西安：西安交通大学博士学位论文．2002． [5] Joseph Perkinson．UPS System - A Review[J]．Applied Power Electronincs Conference and Exposition，1988，APEC’88， Third Annual IEEE．Pages 151～154． [6] Ray-Shyang Lai。Khai D．T．Ngo．A PWM Method for Reduction of Switching Loss in a Full-Bridge Inverter[J]．IEEE Trans．on PE，1995，10(3)：326～332． [7] 杨红敏．UPS组成的操作电源[J].河南化工，2001，l：26～28． [8] 苏道高，UPS装置在小型发变电站中的应用[J]．农村电气化，1997，5：13． [9] 崔子行.浅论UPS电源的性能比较[J]．电力系统自动化，1994，18(9)：42． [10] 李东海，刘鹏．单元220V交流不间断电源系统事故分析[J].东北电力技术，2003，12：26～28.