热插拔式高频逆变并联UPS电源在变电站应用的经济性评估

纪哲夫，彭岳云



热插拔式高频逆变并联UPS电源在变电站应用的经济性评估

纪哲夫1，彭岳云2

（1.深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000；2.深圳市锦祥自动化设备有限公司，广东 深圳 518000）

针对热插拔式高频逆变并联UPS电源在变电站的典型应用进行了讨论分析，讨论了热插拔式高频逆变并联UPS电源在变电站应用的需求和优点，并从设备投资成本、设备的运维成本等方面，对直接经济性效益、安全效益、社会效益等进行了综合分析评价。

热插拔；高频逆变；投资成本；运维成本

UPS电源主要用于变电站重要负载的不间断供电，常用于故障数据设备、数据通信、应急电源、控制系统等重要负载，需要具备很高的可靠性和稳定性。

单台UPS电源供电时，一旦发生故障，则可能导致系统瘫痪，并导致不可估量的损失。其热插拔式高频逆变并联UPS电源在变电站的应用是提高UPS电源系统运行的可靠性和扩大供电容量的有效技术手段，可以充分利用模块化设备的优势，实现并联无扩容，不仅可减少系统的体积，提高动态响应速度，还可提高电源的通用性和灵活性，使系统的设计、安装、组合、互换、备品备件等更加方便，更能进一步提高现场设备的可靠性、安全性、可维护性，在变电站UPS系统中具有较高的推广应用价值。

1 热插拔式高频逆变并联UPS应用结构

热插拔式高频逆变并联UPS应用结构如图1所示。

图1 结构图

应用于变电站的热插拔式高频逆变并联UPS，由冗余并联逆变模块、静态旁路模块、监测模块组成，其中并联逆变模块可直接并联独立工作；设计静态旁路单元，用于提高可靠性。并联逆变模块的工作原理是将蓄电池组提供的直流电源、电压经保险及开入控制电路加到高频升压部分，将直流电源提升至高压，以满足逆变功率器件的工作要求。高频逆变部分将高压直流变换为工频交流电，经滤波后输出。控制器控制输入、输出、旁路等，同时调节控制高频升压及高频逆变的工作状态和输出。滤波器将设备内部的高频成份滤出，使之与输入端、输出端隔离，不影响与其联接的其他外部设备。

2 热插拔式高频逆变并联UPS可靠性分析

高速发展的数字化、信息化的时代，要求UPS不间断供电的电力设备越来越多，对供电质量提出了更高的要求。故障停电或检修停电会导致UPS负荷的电源间断，而故障的不确定性停电则会危害变电站的重要设备。应用热插拔式高频逆变并联UPS电源系统，无需全面停电检修，可减少故障次数，缩小事故范围，缩短事故时间，为恢复供电，快速分析、诊断、报告事故原因提供有效的依据。

目前常规使用中的单机模式的UPS的平均无故障时间为100 000 h，现场平均维护时间为2 h。而对于热插拔式高频逆变并联UPS电源系统，以10 kVA的系统，采用五块进行并联的模式，设定单模块的平均无故障时间为100 000 h，因为热插拔式的冗余设计模式，大大提高了热插拔式高频逆变并联UPS电源系统的总无故障时间，所有模块同时故障的概率远远低于单机模式故障率，且热插拔式高频逆变并联UPS的热拔插特征，现场维护时间几乎为0 h。

可见热插拔式高频逆变并联UPS被引入到电力系统变电站后，凭借其优点可以有效大大提高变电站的UPS系统的可靠性，具备完全可行性。

3 减少投资成本的经济效益

目前，在竞争日趋激烈的电力市场环境下，电网公司需要在提高智能、稳定、安全、可靠电力供应的同时，尽可能减少电网运维、改造等费用。热插拔式高频逆变并联UPS电源可以减少变电站UPS容量的设计成本，可带来直接的经济收益。

热插拔式高频逆变并联UPS电源系统具备的扩容功能，可根据实际负载需求进行科学配置变电站UPS电源的容量，不用过多考虑远期备用容量，当后期负载有增加时，可进行扩容，提高设备利用率。

在投资6 kVA变电站UPS电源系统设计时，考虑到故障率和负载的远期容量，一般要求超容设计为10 kVA，后期负载增加后进行整机改造；如果按热插拔式高频逆变并联UPS电源系统可按实际需求进行容量设计，后期分期再按需扩容。两者比较，热插拔式高频逆变并联UPS电源系统投资较低，无重复投资过程。

4 应用的维护成本分析

电网设备的维护关系到电网达到可靠性的水平，电网设备的维护成本所带来的收益不仅仅直接体现在资金投入上，热插拔式高频逆变并联UPS电源系统可改变一体化UPS的全停电检修维护的模式，实现在线快速维护，不仅可减少运维资金、时间、人力的投入，还可减少全停电故障风险，提高维护效率，大大降低变电站UPS电源的维护成本，从而带来直接和间接的经济收益。

UPS电源系统带来的效益，很大程度上体现在设备管理、设备检修上。所有UPS电源系统设备日常需要按一定期限定检，其工作量巨大，耗费大量人力、物力；热插拔式高频逆变并联UPS电源的使用可以使设备检修时针对性更强，实现按单元检修和快速故障处理，变故障修为状态修，变停电维修为快速故障处理，减轻维护人员的劳动强度，缩短现场维修时间，减少现场操作人员数量，增强设备在线处理、快速处理能力。

通过热插拔式高频逆变并联UPS电源，各模块合理分配负荷，还可以最大限度地控制UPS设备投资，有利于提高设备的安全和健康水平，延长使用寿命。

按一般变电站年度维护费用假设：某变电站每年UPS电源停电检修、维护以及事故检修直接费用3万元，每年因检修导致的停电损失为2万元，共有60座变电站应用UPS系统。

如果把每年的直接经济效益产出定义为，则：

=（+）××. （1）

式（1）中：为每年因检修导致的停电损失；为每年节约的设备维护费；为设备运行年限；为变电站的座数。

计算结果：=（2+3）×60=300万元。那么，每年增加经济效益产出300万元，运行时间越长，经济效益越明显。

5 间接安全及社会效益分析

热插拔式高频逆变并联UPS电源可解决UPS故障停电检修的问题，间接提高了其他设备的可靠性，减少了故障率。由于变电站分布管辖区域位置不同，一般与办公地点有一段距离，热插拔式高频逆变并联UPS电源将减少现场运维时间，减少运维人员数量，间接地减少了一线人员的交通费用、工作强度，提升员工的工作质量。除此之外，减少运维人员在变电站强电磁场中受辐射环境中的工作时间，对从业人员的身体健康更有着重要的意义，可以避免职业病、人为触电事故的发生。

6 结论

采用热插拔式高频逆变并联UPS电源可以很好地解决变电站UPS系统的扩容、维护问题。在电力系统设备中，采用类似先进实用技术，不仅能提高设备的安全可靠性，还能产生巨大的经济效益，无疑是大势所趋。

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2095－6835（2019）02－0102－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.02.102

纪哲夫，男，广东深圳人，高级工程师，主要研究方向为电力系统继电保护、直流电源系统技术研究与运行维护管理。彭岳云，广东深圳人，工程师，主要研究方向为电力系统继电保护、电力电源新技术研究与应用。

〔编辑：严丽琴〕