（2钟金金中国联合工程公司 浙江 杭州 310052）
摘要：UPS系统是火力发电厂中不可缺少的一部分，它的存在保证了电力系统在故障、停机时，能对重要设备进行供电，保证了机组的安全。本文对火力发电厂中的UPS系统的选型进行分析、研究，以供类似工程提供参考。
关键词：UPS系统；选型
0 前言
随着机组容量的增大和自动化程度的日益提高，较为先进的机组控制和监视系统日趋广泛，热工自动装置也日益增多，这些装置及系统都需要有一个可靠的电源。该电源要求无论在机组本身厂用电中断还是电网故障时，都不应中断供电。一旦失电，将会使机组失去必要的监控手段，给机组安全稳定运行造成严重的威胁，甚至造成巨大经济损失。这就要求有一个交流不间断电源系统（UPS系统）来为火力发电机组的安全、经济运行提供保障。
1 系统选型
根据目前国内使用的UPS系统来看一般可分为军用级、工业级及商用级，而军用级一般用于核电级。所以在电厂中我们一般选择后两级，对于工业级及商用级，我们如表1所示：
对于电厂而言，选择工业级的（部分零器件可达到军用级），是因为除了高可靠性，对环境的超强适应性、产品的设计寿命等也是考虑因素之一。工业级UPS的各类装备附件表明其初期成本更大，然而从整体成本并与其20～30年的产品寿命相比，初期成本的投入保障了长期的投资回报。
2 UPS系统的组成及各部件的选型
火力发电厂不间断电源系统由滤波器、整流器、逆变器、旁路开关等原件组成，示意图如图1所示：
2.1整流器
整流器应是固态型，它应能提供给逆变器固定的直流电压，整流系统应包括输入隔离变压器，整流器及控制设备等。由图1所示，厂用电为最基本的电源，它需经过整流器整流。
额定的输入电压，电压变化范围，额定的输入频率，频率变化范围，稳压精度以及效率都是整流器需要考虑的选型要素。
整流器采用可控硅三相全控桥方式实现将交流转变为直流。目前，整流桥一般可分为6脉冲和12脉冲两种。12脉冲整流桥对于电流的谐波抑制较好，谐波分量一般可以降低到8%以下，减少了对电网的污染，增加设备的使用寿命。因此，300MW及以上火力发电机组主厂房UPS的整流器，一般均应要求采用12脉冲整流桥。近年来随着科技的技术发展，现在也出现了18脉冲、24脉冲的整流器。这样谐波含量会更少，电源质量更高，因此大机组所用的大容量UPS为18脉冲以上的整流器。
2.2逆变器
逆变器是UPS中的核心部分，因此，对于逆变器的可靠性提出了很高的要求。目前，逆变器已广泛采用IGBT（绝缘栅双极性晶体管）功率组件，结合DSP（数字信号处理）技术，逆变模块控制完全数字化，使UPS输出纯净可靠的正弦波。大功率IGBT模块逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。
逆变器由整流器供电。当整流器输出电源消失时，切换至带闭锁二极管的蓄电池直流馈线为其供电。另外由于机组独立配置直流系统，因此火力发电机组主厂房UPS一般不单独配置蓄电池。当主交流工作电源消失或整流器等元器件故障时，由机组直流系统向逆变器供电。由于输出采用隔离变压器，UPS逆变器的直流输入既可以采用220V直流系统，也可以采用110V直流系统，可根据直流系统的配置情况灵活选择。但是考虑到采用220V直流与110V直流相比，具有额定电流小的优点，因此，在机组配备了220V直流系统的情况下，一般推荐采用220V直流系统为UPS供电。
2.3静态开关及旁路系统
静态开关也称为转换开关，用于主电源与备用电源之间的不间断切换，是保证UPS系统不间断供电、提高供电安全性和可靠性的重要环节。
静态开关，根据其执行元件，分为机械式、电子式和混合式三种。
机械式，执行元件多为继电器或接触器等电磁元件，其特点是控制线路简单、故障率低，但切换时间长、开关寿命短。
电子式，执行元件为双向晶闸管或由两支反向并联的单向晶闸管组成，其特点是速度快、无触点火花，但控制电路较复杂、抗冲击能力较差，通态损耗较大。
混合式，将两者并联使用，在开通时，电子式开关优先机械式开关动作，在关断时则反之。因此，混合式开关兼有机械式和电子式的优点，在大功率UPS中得到广泛应用[1]。
旁路系统的构成主要包括稳压器和调压变压器，用于实现对逆变器输出电压的自动跟踪。稳压器主要由补偿电路、电压检测、伺服电机及其控制回路和传动装置、开关电器及相应测量、信号、保护回路组成。电压检测回路从稳压器输出端采样同基准电压比较，根据比较结果来确定是否发出指令来驱动伺服电机。调节变压器经伺服电机驱动，实施无级调压来维持输出电压稳定。当逆变器失去输出或太大的冲击负荷、过负荷及负荷侧短路，超过了逆变器的能力时，静态开关应能自动地将负荷从逆变器切换到旁路电源，当故障消失后，静态开关自动地将负荷切换到由逆变器供电，与旁路电源的切换，不应有相位突变。
2.4隔离变压器
输入与输出均配置隔离变压器，保证强电输入与直流供电系统隔离、强电输入与UPS输出（负载）完全隔离。隔离变压器自身带屏蔽层，可以很好的防止输入输出设备之间的干扰。对于选型而言需要根据所选的UPS的容量来选择隔离变压器的大小，并还需对绝缘等级温升等级做出规定。
2.5 手动旁路检修开关
手动旁路检修开关可以通过先合后分的方式将UPS主机从电网中退出，同时切断旁路电源通过静态开关的供电回路，以便于UPS的检修。此时，旁路系统仍可以向负载供电。
根据规范[2]：单元机组交流不问断电源的设置应满足机组计算机控制系统的要求。单机容量为600MW级及以上机组，每台机组宜配置2台交流不间断电源装置；容量为300MW级及以下机组，当计算机控制系统仅需要1路不间断电源时，每台机组可配置1台交流不间断电源装置。分散控制系统、汽轮机数字电液控制系统、锅炉保护系统、汽轮机跳闸保护系统、火检装置等重要系统的供电电源应有两路，并应互为备用。一路应采用交流不间断电源，一路应采用交流不间断电源或厂用保安段电源。辅助车间集中控制网络应有两路供电电源，宜分别引自不同机组的交流不间断电源，各辅助车间控制系统均应有两路供电电源，供电电源宜引自各辅助车间配电柜。
因此如果UPS采用双套配置，则两路电源均由UPS提供。虽然对于保安的容量而言，没有减少，但是负荷较为集中（于UPS侧），供电质量相同（都从UPS侧馈电）。
3 小结
本选型方案在已投运的大机组火力发电厂中已有多年良好的运行情况，对于大机组的火力发电厂的UPS选型具有一定的参考作用。
参考文献：
[1] 白忠敏，电力工程直流系统设计手册（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2009.
[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50660-2011 中大型火力发电厂设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011.
论文作者:钟筱琦1,邰能灵1,钟金金2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第5期
论文发表时间:2017/5/25
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