220 kV变电站UPS电源系统改造实践

孙 君

（广东电网公司梅州供电局，广东 梅州 514011)

交流不间断电源系统(uninterruptible power system，以下简称UPS)是一种在设备遇到非计划停电时能够紧急取代外接电源，保持稳定、不间断和高品质电力供应的成熟可靠的电源系统，是调度及变电站自动化系统的关键电源设备。

UPS电源系统的可靠性不仅取决于产品本身质量的好坏，还取决于其接线方式是否合理。某220 kV变电站UPS电源系统原来采用双机主从串联、互为备用的运行接线方式。随着变电站内设备的更新和完善，该系统已不能完全满足安全运行的需求，也不符合新的技术规范的要求，需要对其进行改造。

1 运行现状

改造前，该变电站配置2台南京恒达奥克科技有限责任公司生产的RB-5000AP型UPS电源，采用双机主从串联、互为备用的接线方式，共输出16路220 V交流馈线回路，如图1所示。

1.1 工作原理

正常运行时，UPS主机处于运行带负载状态，UPS从机作为备份机不带负载。当交流电源Ⅰ(Z11)失电时，UPS主机自动无延时转为直流电源Ⅰ(Z12)供电。若UPS主机发生交直流输入同时失电，则自动无延时转为内部旁路回路供电状态，此时负载由UPS从机负担。若主、从机同时故障退出运行，则可以手动切换至旁路回路供电状态。

1.2 运行风险分析

主机的负荷主要是变电站自动化系统工程师站和操作员站、1号调度数据网交换机、“五防”工作站、1号城域网交换机和电度采集装置等。其中，变电站自动化系统工程师站和操作员站等为单电源冗余配置，其余为单电源非冗余配置。

当馈电母线或输出开关Z14故障时，都会导致所有负荷失电，从而失去设备双重配置的意义。主、从机同时故障时，需要手动切换旁路回路进行供电，不满足调度及变电站自动化系统电源不能中断的要求。

图1 主从机并联接线原理

投运初期，设备还不完善，UPS系统采用这种接线方式有其一定的经济性和合理性。但是随着时间推移，该变电站内逐步配置了2号调度数据网交换机、2号城域网交换机、环境监控装置、调度数据网纵向认证装置、火灾报警系统与门禁系统等设备，对UPS系统可靠性的要求提高，因此需要对原有的UPS系统进行改造。

2 改造方案

2.1 接线方式的要求

根据《广东电网公司调度及变电站自动化系统用交流不间断电源系统技术规范(2009版)》(以下简称《技术规范》)，接线方式有如下要求：

(1)对于220 kV变电站的UPS宜采用双机双母线带母联运行接线方式，母联开关应具有防止2段母线带电时闭合母联开关的防误操作措施(可采用加锁等方式)，手动旁路开关应具有防误操作的闭锁措施；

(2)由UPS电源供电的设备应遵循负载均分原则，双电源供电的设备应分别取自UPS电源系统的2段输出母线，单电源冗余配置的设备应分别接到UPS电源输出的2段母线上；

(3)由UPS电源系统供电的所有设备应采用1路馈线开关对应1台设备的方式，且该路馈线开关不得与其他设备公用。

2.2 改造方案1

按照《技术规范》的要求，在不动原来屏体的基础上，拆除2台机之间的并机线和备份输入线，并且将UPS主机的并机接线端子JP1，JP2短接(UPS从机JP1，JP2接线端子已短接)恢复其单机工作状态。在主机屏加装1个母联开关Z15，作为2台UPS馈电母线之间的联络开关，从而把主从串联、互为备用的运行系统改为双机双母线带母联的运行系统，如图2所示。

图2 方案1接线原理

方案1满足《技术规范》中220 kV变电站的UPS接线要求。正常运行时，母联开关Z15断开，2台UPS带各自负载运行。若其中1台UPS需要检修或者维护退出运行时，可以合上母联开关Z15为停电UPS所带的馈电母线供电，从而提高了系统运行可靠性。但若此时停电UPS所带的馈电母线发生故障，母联开关恰好拒动，就会使运行UPS的交流输出开关跳闸，造成全部停电的事故。

2.3 改造方案2

为了克服方案1的不足，在从机屏加装母联开关Z25，与原母联开关Z15串联，如图3所示。

图3 方案2接线原理

由于2个母联开关同时拒动的情况极少，可以忽略不计，这样当一个母联开关拒动时，另一个母联开关可以动作跳闸，从而最大限度减少停电范围。因此，方案2的可靠性比方案1更高。但是，若此时运行UPS所带的馈电母线发生故障，2个母联开关同样不起作用，这样还是会造成交流输出开关跳闸，造成全部停电的事故。

2.4 改造方案3

为了进一步克服方案2的不足，在UPS2屏中增设了手动旁路回路，如图4所示。这样即使运行UPS所带的馈电母线发生故障而造成全部停电的事故，此时仍可以快速断开母联开关，合上停电UPS的旁路开关向停电的馈电母线供电，从而减少停电范围。

由此可见，方案3采用直接冗余并机供电的方式，克服了串联型热备份冗余系统的一些缺点，可最大限度地提高UPS的可靠性，实现不停电维护。其接线方式简单经济，是适合本次改造工程的最佳方案。

图4 方案3接线原理

3 改造施工

3.1 施工前准备

施工前需要从人员、设备、资料和安全措施方面做好相应的准备。

(1) 人员方面。由工作经验丰富、技术水平较高的人员担任工作负责人，其他人员配合工作。

(2) 设备方面。向物流部门申请，购买适量的电缆、绝缘胶布和空气开关。要求空气开关容量不小于40 A/250 V AC。

(3) 资料方面。绘制好接线图纸，做好负荷分配计算。对于环境监控装置、调度数据网纵向认证装置等双电源设备，其双路电源应分别接到UPS电源输出的2段母线上；对于变电站自动化系统工程师站和操作员站、调度数据网交换机、城域网交换机等单电源冗余配置的设备，其2台设备也应当分别接到UPS电源输出的2段母线上；对于火灾报警系统、“五防”工作站、门禁系统、电度采集装置等单电源非冗余配置的设备，应根据负载均分原则接到UPS电源输出的2段母线的其中一段上。

(4) 安全措施方面。此次改造施工中最大的危险点在于误碰运行中的设备而造成交直流短路，因此需要填写第二种工作票，做好安全交底和危险点分析工作，确保施工顺利进行。

3.2 改造施工过程

3.2.1 从机屏改造

因从机屏没带负荷，可以对其进行停电改造。

(1) 断开交流输出Ⅱ开关Z24，再关闭UPS从机装置，然后断开交流输入Ⅱ开关Z21和直流输入开关Z22。

(2) 解开交流输出Ⅱ开关Z24至UPS主屏的接线和并机线，并用绝缘胶布包好。

(3) 将交流输出Ⅱ开关Z24改接至馈电母线Ⅱ，在屏内加装手动旁路输入Ⅱ开关Z23。

(4) 在屏内加装母联开关Z25，通过新布线将母联开关Z25上端与馈电母线Ⅱ相连。

(5) 与关机相反的顺序恢复UPS2(原UPS从机)带电运行，对UPS2的切换功能进行测试。

3.2.2 UPS主机屏改造

因UPS主机屏带负荷，对其实施带电改造。(1) 合上手动旁路输入Ⅰ开关Z13，将负荷转为手动旁路回路供电，检查确认负荷切换正常。

(2) 断开交流输出Ⅰ开关Z14，再关闭UPS主机装置，然后再断开交流输入Ⅰ开关Z11和直流输入Ⅰ开关Z12。

(3) 解开备份输入接线和并机线，用绝缘胶布包好后慢慢拆除，然后将并机接线端子JP1，JP2用短接线短接。

(4) 在屏内加装母联开关Z15，通过新布线将母联开关Z15上端与馈电母线Ⅰ相连。

(5) 按照与关机相反的顺序恢复UPS1(原UPS主机)带载运行，断开手动旁路开关Z13，对UPS1的切换功能进行测试。

3.2.3 两屏间接线

两屏有馈电母线之间的接线，因此必须要做好母线间L线和N线的核对工作。

(1) 从UPS1屏将母联开关Z15(断开状态)下端通过新布线连接至UPS2屏的母联开关Z25(断开状态)下端，暂不接入。

(2) 合上母联开关Z15，Z25，用万用表分别测量母联开关Z25下端以及新布线，甄别出各自的L线和N线并做好标记。

(3) 断开2个母联开关，再按照标记将对应的L线和N线接好；打印“禁止合闸”标签将母联开关和旁路开关封好，以免误操作。

3.2.4 转移负载

上述工作结束后，双机双母线带母联接线方式已改造完成，开始转移负载。需要注意的是，开工前设备需先关机，然后才能转接电源线，因此应该先征得涉及停电设备管理部门的同意。

(1) 经过测算，所有需要转移的电源线在施工时预留的电缆长度都足够改接至UPS2屏，无需重新布线。

(2) 为减少上述自动化设备的停电时间，应在停电前先完成解开电缆扎线、打开封堵和电缆盖板等准备工作。

(3) 将变电站自动化系统工程师站II和操作员站II、 2号城域网交换机和2号调度数据网交换机关机，再将UPS1屏的电源线改接至UPS2屏。改接完成后立即开机，恢复其工作状态。

(4) 按上述方法将原屏环境监控装置、调度数据网纵向认证装置等双电源设备逐个转接至UPS2屏，转接完一个马上恢复送电，然后再转接下一个。

(5) 按照负荷均分的原则，将火灾报警系统、门禁系统电源转接至UPS2屏，原“五防”工作站和电度采集装置电源保持不变。

(6) 所有工作完成后，应用带绝缘的清扫工具进行清扫，注意和带电部分保持足够的安全距离，避免误碰设备元件而造成短路和开路。

1 GB 26860-2011电业安全工作规程(发电厂和变电站电气部分)[S].

2 Q/CSG 10004-2004电气工作票技术规范(发电、变电部分)[S].