摘要：UPS是一种交流不间断的电源系统，这种特殊形式的电源通过蓄电池和主机直接连接的方式，通过主机的逆变器以及相关的模块电路将直流电转化为市电。在电力系统当中，UPS主要由直流和交流操作电源以及不间断的电源馈线屏所构成，这样就能够使其为电力系统当中的特殊设备如电力监控设备、事故照明设备等提供稳定性极高的电力供应。在下文中笔者将以500kV变电站为例，对其运行原理及事故处理方法作系统化的分析。
关键词：500kV变电站；UPS；应用原理；事故处理
引言
在电力改革以及现代网络通讯技术高速发展的大背景下，对于电力系统当中特殊类型设备的工作稳定性也随之有了更高的要求标准。这些特殊类型的设备如综自后台、五防机、监控服务器、调度数据远动传输系统以及电度计量表、安防设施等，对于电力供应的稳定性都有这非常高的要求，一旦电网发生故障，这些特殊设备必须保证在此期间稳定运行，从而使工作人员能够及时找出电力设备的问题并第一时间解决。UPS的不间断电力供应，可以有效保证这些特殊设备的稳定运行，是电力系统整体稳定性的重要保证。
1.500kV变电站UPS的具体种类
一般来说，UPS的结构种类主要有以下几种，分别是后备式UPS、在线互动式UPS、双逆变在线式UPS以及双逆变电压补偿式UPS等。从目前来看500kV变电站当中比较常用的是双逆变在线式UPS。
UPS的构成元器件主要有将交流电转化为直流电的整流器、将直流电转化为交流电的变流器，也就是我们常说的整流器、逆变器，以及直流屏和自动化的静电转换开关。在整个UPS当中具有3个独立的供电电源，分别是变电站站用电交流屏上的380V交流电源、直流主馈电屏当中的220V直流电源，同时还有UPS机上提供UPS输出的220V交流电源。在UPS的回路部分设置了5个空气开关和3个电压表，同时还有3个电流表。在整个UPS系统当中还包括故障滤波器、变压器、二极管以及继电器等等。
从工作原理上来看，UPS是将两路交流电源分为三路，从而充分控制后级电路的正常运行。变电站的其中一台站用变交流电源经过QF2的传输过后进入到UPS的主回路当中，之后通过整流器将交流电转化为直流电。转化过后的直流电源完成对逆变器的供电。逆变器的作用是将直流电转化为质量非常高的交流电，并通过静态开关来进行负载供电。在另一台站用变输出电源当中，交流电源的走向分为两路，一路通过QF3的传输进入到自动静态旁路当中，并通过相应的静态开关来进行负载供电。另一路通过QF4进入到手动旁路开关当中，直接向负载进行供电。如果一台站用变电源能够正常工作的情况下，即通过主回路→整流器→逆变器→静态开关的方式来进行负载供电。如果站用变电源存在故障的话，那么就需要直流屏通过QF1的输出对逆变器进行供电。1号静态开关可以向负载提供足够时长的电源，但是整个电源的供应时间取决于蓄电池的容量，因此在此环节的设计过程中要充分结合实际情况考量蓄电池的容量设计。如果逆变器本身出现故障的话，1号静态开关将自动断开，2号静态开关将自动闭合，随后另一台UPS机电源将通过自动静态旁路对负载进行电力供应。当旁路开关QF3处于维修状态时，可以将旁路QF4进行手动闭合，以此来对负载进行供电。UPS具体的运作流程如下图所示。
图1 UPS的具体工作原理
2.500kV变电站UPS电源的供电方式
现阶段，500kV变电站所应用的UPS电源接线方式各不相同，由于接线方式的差异，其供电方式也有着本质上的区别。从大致类别上来看，UPS电源的供电方式主要可以分为双机主备冗余供电方式和双机带母联并列供电方式。
双机主备冗余供电方式的构成为一台主机和一台备用机，进而使两台UPS电源形成一种主备供电的模式，主机和备用机通过两路交流的方式进行连接，其中一路作为直流电源的供电，另一路则进行旁路的交流以及备机的交流。在电路设计的过程中将二者进行并联处理，同时将备机的输出设置为主机的旁路电源输入，主机的输出设置为整个UPS系统的交流输出总电源。
双机带母联并列供电方式当中两台UPS机的地位是相同的，并没有主机和备机的区别，二者都拥有完整的模块，通过不同形式的交流和直流电源进行供电。其中在输出部分的母线之间加入了专属的母联开关，使两台UPS装置形成相对独立的系统。这样一来整个变电站的负载就可以平均分布在两段母线当中，通过馈线的开关来控制整个系统的通断。
3.500kV变电站UPS系统的常见故障类型及解决措施分析
3.1 UPS系统内部元器件故障
常见的UPS系统内部元器件故障有逆变器故障、整流器故障、控制变压器TC和电力变压器TM故障、以及静态开关故障。如果仅仅是单独的整流器发生故障的话，系统可以自动切换到直流蓄电池的供电模式，进而完成负载的供电工作。但是在这个过程中容易出现蓄电池供电能力不足的问题，一旦直流电源发生故障时，其对于负载的供电作用就会宣告停止。并且在UPS系统的电压超出额定电压的10%以上时，静态自动开关将会自动切换到另一台机输出备用电源当中进行供电。如果逆变器元件出现故障的话，静态自动切换开关将会自动转移到机输出的备用电源当中进行供电操作，进而跳过直流转换供电的程序。静态切换开关能够对故障进行及时的处理，但是在实际的操作过程中可能会出现静态开关失灵的状况，因此工作人员在UPS系统运行维护的过程中需要重点关注静态控制开关的开合情况，对出现问题的开关进行及时处理。综合上述情况我们可以看出，UPS系统在内部元器件出现故障时，可以通过其内部的自动调整程序维持一段时间的电力正常供应，同时每一部分的元器件出现故障时都有其特定的故障特征。因此工作人员要对UPS系统当中的异变进行实时监控，一旦发现元器件问题要在第一时间内进行解决修复，防止对电网运行产生更大的影响。
3.2 UPS交流电传输故障
在一台站用变故障时，UPS系统的表现形式为交流故障，即交流电的输入数值不符合常规，呈现过高或过低的现象，同时整个系统会出现掉电现象，并伴随有整流器故障。这时系统在无瞬间断电的情况下会将输出模式切换到直流→逆变器→输出升压滤波器→滤波单元输出的模式下。在这种情况下，工作人员应当立即检查装置当中的直流供电光字牌，之后检测电压的输出情况是否符合常规，在输出电压检测正常之后，将QF2的交流输入开关拉开，在完成上述一系列操作之后将情况汇报给相关部门，并等待电力检修人员现场检修。
3.3 UPS交流输入及直流输入异常
当一台站用变和直流屏同时发生故障时，在这种情况下，工作人员应当注意保护晶体管模块，避免电流过大对晶体管本身造成损坏。同时在这种情况下，1号静态开关将自动关闭，2号静态开关将会接通。由于在UPS系统当中主要是通过变压器来进行输出检测，因此2号静态开关将会在1号静态开关闭合前进行接通。此时UPS系统通过自动判断程序将驱动整个系统转向电子旁路进行供电。整个切换时间非常迅速。鉴于这种系统特性，工作人员要在第一时间检查QF3是否处于闭合状态，同时将QF1和QF2拉开并检查屏幕上的电子旁路供电灯是否亮起，如果电子旁路供应灯正常亮起，则证明另一台UPS输出电源正常进行供电。这时应当立即汇报检修部门对故障站用变进行检修处理，尽快恢复用电。
3.4旁路开关出现故障
当旁路开关出现故障时，工作人员需要立即对手动旁路开关进行调整处理，将QF1和QF2拉开，这样可以避免电压的相位差所产生的大电流对设备的损坏。之后再将旁路开关QF4合上，随后将QF3和QF5拉开。在上述开关操作过程中要注重检查输出的负荷是否正常，在检查无误之后通知检修部门对问题开关QF5进行更换，在开关更换完成之后立刻恢复主电源的供电。
3.5直流电源故障光字牌亮起
当直流电源的故障光字牌亮起时，站内的直流电源会随之消失。在这种情况下工作人员要对直流主馈电屏上的直流输出开关和直流输入开关进行检查，如果开关出现跳开现象的话将开关闭合即可使UPS系统恢复正常供电，如果开关闭合之后故障光字牌仍然亮起的话，工作人员就需要汇报检修部门对直流馈电屏的直流回路进行检查处理。
4.总结
UPS系统在500kV变电站当中具有重要的保障作用，是变电站稳定运行的核心环节。因此工作人员在日常运维的过程中要始终保持UPS系统处于正常工作状态，发现问题在第一时间进行解决，从而提升整个电力系统的工作效率，保证输供电的稳定性。在本文中笔者对UPS系统的工作原理进行了详细的论述分析，并列举了几种UPS系统在运行过程中的常见故障，针对于故障的性质提出了针对性的解决策略，望电力相关部门及工作人员能够结合电力系统的实际情况，进行有效应用。
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论文作者:何彦
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：旁路论文; 变电站论文; 故障论文; 静态论文; 系统论文; 电源论文; 逆变器论文; 《电力设备》2019年第6期论文;