摘要:本文主要介绍南水电厂上位机UPS增容改造UPS容量确定过程、相关空气开关额定电流计算及选择、相关电缆横截面积计算以及蓄电池组容量计算,可为同类型水电厂UPS电源改造提供一定参考。
关键词:UPS容量;空气开关额定电流;电缆横截面积;蓄电池组容量;计算
1 引言
南水发电公司位于广东省韶关市乳源县境内,装有3台单机容量为34MW混流式机组。南水电厂上位机监控系统于2017年改造,由于本次监控系统改造后的网络服务柜、操作员站等交流负荷增加。南水电厂原上位机UPS采用佛山市全景科技有限公司的CMP5KVA型不间断UPS电源系统,两台UPS容量均为5KVA,已经不能满足交流负荷正常运行。根据南网要求,对南水电厂上位机UPS电源进行增容改造。
2 UPS容量确定
上位机UPS电源为南水监控系统上位机配套设备、SIS系统、电能采集装置、开关站LCU、故障录波器等提供交流电源。南水监控系统上位机改造后总最大功率为15190W,除去旧监控系统配套设备所剩负载功率为4000W。
总负荷功率P:15190+4000=19190W
计算总容量S1:19190W÷0.8=23987.5VA(在线式UPS一般功率因数为0.8),考虑UPS容量的冗余,一般以20%到30%(因为UPS的最佳工作状态就是负载70%到80%)。
所以,设计UPS容量Sn:23987VA X 1.25 =29984.375VA
确定选用单机容量30KVA的UPS电源,双机冗余
3 空气开关额定电流计算及选择
(1)交流配电屏侧交流进线开关选择
由于UPS容量较大,选用三相交流空开,按照所有负荷由一个交流空开提供计算,额定线电压UN为380V。
Sn=1.732*I*UN,则空开负荷电流I=30000/(1.732*380)=45.6A
UPS 电源带输入隔离变压器的交流输入断路器额定电流可按公式:IN =K*I 计算,其中K为躲过隔离变压器启动冲击电流的可靠系数,宜取2~2.5。
则UPS电源侧INups=45.6A*2.25=102.6A,UPS电源侧选取100A三相交流空气开关。
在电源配电柜侧交流空开为UPS电源侧交流空气开关的上一级,按照标准配置为IN=1.25*100=125A的交流空气开关。
(2)直流馈电屏侧直流进线开关选择
额定负荷直流电流:I=Sn/Un=30000/220=136A。
根据《南方电网调度自动化系统不间断电源配置规范》,UPS侧直流电源侧为INups =K×I,K为可靠系数,为1.2,则INups=163A,UPS电源侧选择160A直流空气开关。
直流馈电屏侧直流空气开关为UPS侧直流空气开关的上一级,按照标准配置为IN=1.25*160=200A空气开关。
(3)负荷空气开关选择
1)监控网络柜1
监控网络柜1:最大功率P=4850W
I=1.2*1.25*P/220=33A
按照1.5~2倍配置,IN为495.~66A,按照空开型号选择63A空开
2)监控网络柜2
监控网络柜2:最大功率P=4990W
I=1.2*1.25*P/220=34A
按照1.5~2倍配置,IN为51~68A,按照空开型号选择63A空开
其余负荷空气开关可相应按照上述规则计算。
4 电缆横截面积选择
根据《电力工程电缆设计规范》GB 50217-2007,进行电缆型号规格选择。
附图如下:
(1)交流配电屏至UPS电源屏交流电缆选择
额定负荷交流电流:I=30000/(1.732*380)=45.6A
按照长期载流量,可以选择3*16+1*6mm²规格铜芯电缆
(2)直流配电屏至UPS电源屏直流电缆选择
额定负荷直流电流:IN1=Sn/Un=30000/220=136A。
按照长期载流量,可以选择2*25 mm²规格铜芯电缆。
(3)UPS电源屏至监控网络柜1
额定负荷电流:I=1.2*1.25*P/220=33A
按照长期载流量,可以选择2*4mm²规格铜芯电缆。
(4)UPS电源屏至监控网络柜2
额定负荷电流:I=1.2*1.25*P/220=34A
按照长期载流量,可以选择2*4mm²规格铜芯电缆。
其余负荷电缆可相应按照上述规则计算选择。
5 蓄电池组容量选择
(1)蓄电池组容量计算公式:
式中:Q(Ah)- 蓄电池的容量
K-安全系数(取值1.2~1.25)
I-负荷电流
T-后备放电小时(h)本规范为一组蓄电池带全部负荷放电2 小时
η-电池利用率(2 小时取0.67)
α-为温度系数(0.006~0.01)
t-为电池室温度
计算公式说明:
1)Q 值为每台UPS 配组的蓄电池容量。
2)蓄电池室已安装空调,忽略 [1+α(t-25)]。
3)K取1.25
(2)蓄电池组容量计算:
蓄电池组事故全停状态下的持续放电电流计算公式:
式中:Sx= 30kVA
μ-逆变器效率,在此取0.95
U-逆变器标称输入直流电压,220V
1)根据以上公式和参数定义计算 I=96A,Q=358Ah
4)根据实际经验,现运行负荷为P=9KW
I=P/U=41A,考虑UPS 的逆变器效率,I=41/0.95=43A
(5)Q=1.25*43*2/0.67=160Ah,可选用两组容量为160Ah的蓄电池。现南水电厂已配备一组容量为200Ah和一组容量为300Ah的蓄电池,满足计算要求。
6 结论
经过严密的计算,现南水电厂上位机已投运两台工频机型容量为30KVA UPS电源,互为冗余备用。UPS电源负载分配为自动均流方式,运行正常。南水上位机UPS增容改造竣工图和监控系统上位机负荷功率统计见附录一和附录二。
参考文献:
[1]《南方电网调度自动化系统不间断电源配置规范》
[2]《电力工程电缆设计规范》GB 50217-2007
[3]《安全防范工程技术规范》
[4]TICW 15—2012-电缆载流量测试标准
附录一:南水电厂上位机UPS电源增容改造竣工图
附录二:监控系统上位机负荷功率统计
论文作者:周莎莎
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/2
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