变电站一体化不间断电源系统原理及应用.pdf

第 卷 年 月 湖 州 师 范 学 院 学 报 变电站一体化不间断电源系统原理及应用 毛伟昕 莫金龙 湖州电力局 浙江 湖州 摘 要 介绍了变电站直流和交流一体化不间断电源设备的原理及应用 并重点介绍了 的系统配置及维护 检修 关键词 不间断 电源 变电站 一体化 中图分类号 文献标识码 文章编号 变电站直流和交流一体化不间断电源设备 以下简称一体化电源设备 是将直流电源与电力用交流不 间断电源 电力用逆变电源 通信用直流变换电源 等装置任意组合 共享直流电源 的蓄电池组并统一监控的成套设备 监控装置作为一体化电源设备的总监控器 可同时监控直流电源 蓄电池组和配 电状态等 它能显示和监控下列信息 交流输人电压 电流 交流输出电压 电流和频率 直流系统 母线电压 电流 蓄电池组电压 电流 充电装置与 的输出电压 电流 直流系统接地电阻 对地电压及接地支路编号 浮充电装置 和 的运行状态 一体化电源设备的核心 直流电源 目前 电力系统中广泛采用微机控制型高频开关直流电源系统 它能满足设备正常运行需要 在事故 状态下能为设备提供直流电源或通过逆变装置提供交流电源 由于直流电源配置的蓄电池容量大 采用微 机控制型 冗余备份的高频开关直流电源系统 可对蓄电池进行智能化的充 放电管理 蓄电池巡检 仪将每只蓄电池的电压 温度 压差等通过微机监控装置来控制和显示 一体化电源设备以直流电源为核 心 统一监控 既可解决 必需单独配置蓄电池和充电设备的问题 又可节约成本 降 低故障率 从而确保变电站安全 可靠 经济运行 交流不间断电源 及逆变电源 在变电站中 每套电能量采集屏都配置有 台 和蓄电池组 长年浮充电可能导致 电池组中个 别电池的欠充电 甚至造成故障 采用一体化电源后 由微机控制型高频开关直流电源系统对蓄电池进行智 能化的浮充和定时均充 完全消除蓄电池电压不均衡现象 确保蓄电池的使用寿命和输出直流电压质量 事故照明类设备宜选用冷备份式运行的逆变电源 数据处理类设备宜选用双变换式 根据设备 的重要程度可选用不同的配置方式 和 的直流输入应接在直流系统蓄电池组的进线或动力 合 闸 母线上 变电站 系统和工作原理 是不间断电源系统 的缩写 在电力系统的变电站内为监控设 收稿日期 作者简介 毛伟昕 工程师 从事继电保护及自动化研究 备 通讯设备及其他自动装置提供可靠的交流电源 按其工作方式 可分为后备式 互动式和在线式 三大类 目前变电站 大多是在线式工作方式 在线式 是指 在市电正常时 由市电进行整流提供 直流电压给逆变器工作 由逆变器向负载提供交流电 在市电异常时 逆变器由电池提供能量 逆变器始终 处于工作状态 保证无间断输出 其特点是 有极宽的输入电压范围 无切换时间且输出电压稳定精度高 特别适合对电源要求较高的场合 但是成本较高 目前 功率大于 的 几乎都是在线式 当 正常运转时 市电电源经滤波器滤除高次波杂讯 变压器隔离整流滤波成直流电 经逆变器转 成纯净的正弦波电源 经变压器隔离 静态开关 滤波器送至用户设备使用 在站内交流正常时 由交流进 行整流提供直流给逆变器工作 当市电断电时 由直流输入迅速供电给逆变器 经变压器隔离 静态开关 滤波器持续送至用户设备使用 不至造成负载有断电情形发生 在下列五种状况下 设备将工作于旁路供电状态 由旁路输入 超载 逆变器故障 开机时 逆变 开关合上 秒内 设备缓启动运转中 关机时 逆变开关断开后 设备内部过温度运转 系统的配置 在一体化电源设备中 配置类型有以下几种 单台 这是最简单 常用的配置方式 串联 备用冗余 这种方式不需要额外的切换装置 主机旁路输人接在从机输出上 主机故障自动转旁路 后 便由从机向负载供电 并联备用冗余 这种方式需要另外配置切换装置 台 的旁路输入 必须是同一个 电源 一用一备并联冗余适用于单 母线系统 二用一备并联备用冗余适用于双交流 母线系统 另外 还有 并联冗余等配置方式 负载不停电的 主机检修操作 逆变输出的电源和交流输人的电源一般不会是同步的 即幅值 频率 相角不一致 因此不允许 并列 这种 如果要使负载不停电对主机停机检修 就必须使 设备逆变停止 静态开关切到旁路 运行 静态开关转换时间可以达到微妙级 几乎不对负载造成影响 当 内部切到旁路后 就可以将检 修旁路开关合人 然后再将 停机退出 检修时的操作步骤 先将 的逆变停止 静态开关自动切到内部旁路 合上 投人检 修旁路 断开 停机检修 恢复时步骤 合上 开机 此时 工作在内部旁路 此时绝不可启动逆变 断开 断开检修旁路 启动 逆变 正常工作 故障处理注意事项 当 由旁路电源切至逆变器 或由逆变器切至旁路电源供电前 应注意观察面板上相应的指 示灯亮 否则 禁止切换 尽量不要用直流电源直接启动 操作应由两人操作 实行操作监护制 在逆变器切换至旁路的操作过程中 应先将逆变器停用 使静态转换开关切至旁路供电 然后将 直流电源开关和交流电源拉开 在旁路切换至逆变器操作过程中 应注意在交直流输入开关虽已投入 但未激活逆变器 而直接 拉开旁路开关 即失电 由于 输出供给的 段母线间的联络空开用普通空开 有的用接触器切换 具有不可靠性 禁止对此类联络开关操作 防止二台 并联 部分型号 允许并联的除外 实际 工作无法避免停电时 应提前向调度提出申请停远动系统及监控系统电源 的容量及运行监视 对于绝大多数 在设备选型时应考虑将其负载控制在 额定输出功率的 以内 的容量在带满全站设备后应留有 以上的供电容量 对于负载而言 由于变电站的特殊条件 直流电源的可靠性是最高的 在选型时 重要设备尽可能选用直 流供电方式的 同时能够采用直流供电的 尽量采用直流供电 只能用交流的 再考虑选择 供电 目前绝 大部分自动化设备采用开关电源 基本上是交直流两用 这种情况应优先考虑直流后考虑用 供电 湖 州 师 范 学 院 学 报 第 卷 环境温湿度的因素对 运行有很大的影响 开关器件在整流和逆变过程中都要发热 因此只有具 备了良好的散热 才能保障 正常工作 环境温度一般在 左右为最佳 湿度不能超过 自身有散热片和小风扇 小风扇是易损器件 一般连续工作状态下寿命只有一年左右 如果故障 就会致使 散热不畅 所以对风扇运行超过一年的应加强检查或及时更换 的运行状态一般都有信号上传 可以是串口通讯 也可以提供硬接点 根据运行经验 以下三个 方面的状态不能少 交流输人失电 直流输人失电 或电池异常 故障 逆变停止 旁路投人 变电站计算机监控系统隐患排查时对 逆变电源设备的排查项目如下 检查 逆变电源本 身的工作状态 同时查询 的故障记录 检查独立带有电池的 的电池运行情况 检查 逆 变电源的负荷是否超出标准要求 检查 逆变电源的交直流输入是否正常 应急供电系统 电源 与原始的两路电源自动切换供电 油机等备用电源应急供电方式相比 采用蓄电池储能并通过变流技 术取得交流电源的静止逆变式应急电源系统具有许多独特的优势和极为广泛的实用性 是一种真正有效 的末端切换装置 在结构和工作原理上与 截然不同 主要满足应急供电系统高可靠 高效率 混合负载 过载 能力高 能正常运行 环境适应性强 具有自诊断能力等要求 多数时间处于后备状态 在特殊应急条 件下才启动逆变系统 而 主要满足应急供电系统的切换时间 追求零切换 输人输出锁相 稳压稳频 精 度高等 大多数 处于在线工作状态 即逆变系统长期工作 因此效率低 适应性差 过载能力低 通常为标 称值的 采用一体化电源设备后 大大提高了应急供电系统的可靠性和效率 通信用直流变换电源 电力通信系统是电力系统的重要组成部分 是电网实现调度自动化和管理现代化的基础 目前 变电 站配置的高频开关通信电源设备由防雷柜 充电柜 交直流分配柜和蓄电池柜等组成 用作电信通信 程控 交换机 微波通信 光纤通信 电力载波及其它通信设备的无人值守电源设备 每套高频开关通信电源设备必需配置高频开关充电柜 蓄电池柜 一般选用英国霍克 只的蓄电池 只 以上必须配置 台蓄电池柜 其成本高 采用一体化电源设备后 只需配置 台 的 电源变换装置 其输入与直流电源装置的蓄电池组相连接 输出特性满足通信电源的要求 且 隔离输人与输出 显然 采用 电源变换装置后 取消了高频开关充电柜和 蓄电池组 降低了成 本 减少通信电源设备的故障率 目前 许多变电站已大力推广和使用一体化电源设备 其中应用最多的是 及 组合