水电厂计算机监控系统上位机UPS电源改造与优化

罗晓鸿（贵州乌江水电开发有限责任公司思林发电厂，贵州 铜仁 565109）

1 概 述

思林发电厂位于贵州省东部境内乌江干流河段，属于乌江干流梯级开发的第6级电站，总装机容量为4×262.5 MW，多年平均发电量4.072×109kW·h，是黔电送粤的主要电源点之一。电厂计算机监控系统为国电南瑞提供。监控系统上位机是全厂计算机监控系统控制的核心，承担着电厂所有发电设备、辅助设备的运行监测与控制功能，并与贵州省电力调度控制中心进行数据传输，实现自动发电控制（AGC）和自动电压控制功能（AVC），与乌江流域梯级集控中心实现数据传输、机组远方开停和负荷调节等功能。监控系统UPS电源主要为上位机主服务器、工程师站、操作员工作站、核心交换机、下位机交换机、中调通信站和集控通信站等设备提供不间断交流电源。UPS为电力专用UPS，是监控系统上位机安全稳定运行的重要生产设备。

2 改造前原UPS电源概况

2.1 原UPS系统介绍

原监控系统上位机UPS电源为意大利BEST POWER公司生产的双变换在线式电力UPS，每套UPS容量为20 kVA，按照双套配置，两套UPS共用一套旁路柜，随电厂机组投产同时投入运行。它主要由输入滤波板、保护电路、整流器、逆变器、静态开关、旁路开关、隔离变压器以及输出滤波板等组成，分为正常市电供电模式、蓄电池供电模式、旁路电源供电模式和维护旁路供电模式。UPS电源不自带蓄电池，蓄电池供电模式由开关站单独的220 V直流系统供电。原计算机监控系统上位机UPS电源系统结构如图1所示。

2.2 存在的问题

2.2.1 监控系统上位机UPS电源两套交流输出共用一段母线

两套UPS交流220 V输出连接到电源分配屏后共用一组母线，再由该段母线送向上位机各个负荷侧。原设计存在一定的安全隐患，当该母线出现故障时（如短路、接地），连接在母线上的所有供电将受影响，上位机各服务器电源将中断，不满足《南方电网调度自动化系统不间断电源配置规范》中UPS输出分段运行的要求。

2.2.2 两套UPS并机运行

2018年1月15日，巡视人员发现中控楼三楼监控系统UPS设备室内#1 UPS电源有异常声响，经专业维护人员对UPS整流器、逆变器各接线端子、各卡件进行检查，未发现异常。现场处理完毕后，开始对#1 UPS电源进行空载试运行。在#1 UPS电源开机过程中，发现#2 UPS电源输出电压由220 V降至195 V，并报“逆变器故障”，随即收到中控室人员告知监控系统上位机失电。故障导致监控系统上位机停电约25 min，监控系统与省调通信、集控通信中断约35 min。经分析，掉电的原因为两套UPS电源经并机通信线连接并采用并机方式运行，#1 UPS开机过程中与#2 UPS数据同步过程出错，导致#2 UPS电源控制异常，两套电源同时掉电。

图1 原监控系统上位机UPS电源系统结构图

2.2.3 旁路柜仅有一套

旁路交流电源取自中控楼坝区400 V自用1段，与#1 UPS交流总进线取自同一段电源。当旁路柜或400 V自用1段故障或失电时，UPS电源将失去旁路功能，不满足《南方电网调度自动化系统不间断电源配置规范》中两路交流输入电源应分别来自不同段交流母线的接线方式要求。

2.2.4 设备故障频发

原UPS电源运行期间发生过逆变器故障、熔断器烧损以及吸收板损坏等。

2.2.5 容量不满足要求

随着水电站远程诊断平台、监控系统网络安全服务器、工业电视以及on-call系统等设备的不断增加，原设计容量已不能满足运行要求。

当前，UPS电源设计功能不合理、故障频发、设备老化、容量不足等问题逐渐显现，急需进行技术改造。

3 UPS电源改造与优化

为满足大型水电厂远程集控、少人维护的要求、提高自动化系统运行可靠性和稳定性，对计算机监控系统上位机原UPS电源进行整体换型改造，彻底解决原UPS电源存在的各种问题。

3.1 改造方案设计

（1）UPS主机采用在线式电力专用UPS，按两套配置，单套容量为40 kVA。两套UPS独立运行，设独立旁路，柜式一体化UPS。改造UPS配电柜，输出由联络方式改为独立供电方式。在原UPS电源分配屏增加一段母线，输出间配置联络开关，必要时可手动合联络开关运行。

（2）UPS配有LCD屏显示，可查询输入、输出电压、频率、负载百分比、故障以及运行状态等信息。UPS不能给蓄电池充电或有关闭蓄电池充电的功能。在UPS过载、逆变器未开启等情况下，要求能自动切换到旁路供电。在UPS故障需维修的情况下，可通过手动闭合维修旁路，以实现对负载不停电维护。同时，需具备过载、短路和超温保护功能。当交流中断时，由直流经逆变器供电，切换时间应为0 ms。当交流输入电源恢复正常后，由直流供电切换至交流输入电源供电，切换时间应为0 ms。通过UPS电源旁路切换开关自动切换至交流旁路输入电源供电，切换时间应小于4 ms[1]。要有紧急关机功能，在需要时可紧急关机。

（3）按照设计方案，选定UPS电源为TTUPS-40 kVA电力专用UPS，共四面屏柜组成。两套UPS交流输入电源采用两路供电方式，分别取自不同母线。#1 UPS交流400 V进线取自坝区400 V自用1段，旁路取自坝区400 V自用2段，直流输入取自开关站220 V一套直流系统。#2 UPS交流400 V进线取自坝区400 V自用2段，旁路取自坝区400 V自用1段，直流输入取自原开关站220 V两套直流系统。旁路电源和交流进线交叉配置，坝区400 V自用1、2段具有电源备自投功能，充分保障供电系统可靠性。改造后的UPS电源结构如图2所示。

3.2 UPS电源优化及改造过程

3.2.1 改造前测试及优化情况

图2 改造后监控系统上位机UPS电源结构图

改造前测试新UPS整机各项功能。测试手动维修旁路带载测试正常，测试直流系统反充电测试正常。在UPS柜本体主要进行交流切直流供电试验、直流切交流供电试验、逆变切旁路供电试验、交流切旁路试验以及旁路切交流试验，其试验负载无突变、停机等现象。新UPS输出各相电压满足220 V±3%的要求，但在UPS开关上一级坝区400 V开关处合旁路进线电源开关时，UPS偶尔会发出负载短路、逆变故障信号，导致试验负载掉电。针对上述问题，分析原因为新UPS旁路柜变压器和稳压设备输出侧未增加滤波器，在旁路电源恢复投入瞬间形成尖峰电压干扰主机运行，造成试验负载掉电。但是，并非每次操作均会出现掉电情况，属偶发现象。为此，在计算机监控系统UPS旁路柜调压变和稳压设备输出侧增加滤波电容，吸收并消除尖峰电压。优化后，多次以不同方式进行切换试验，UPS各项指标满足设计要求，有效避免了改造投运后造成的风险。

3.2.2 UPS改造实施过程

改造时确保计算机监控系统上位机重要负荷不停电[2]。电厂申请利用夜间机组全停，退出全厂AGC、AVC功能、集控中心，将机组控制权由集控侧转移至电厂侧。改造现场实施部分主要分为3个阶段。

第1阶段。统计上位机重要设备双电源负荷情况，如表1所示。中调通信站、下位机交换机、中调远动路由器只有一路电源，需要停运服务器后搭接临时电源，并将原UPS提供的交流负荷B套转移至坝区400 V 1段临时电源上，检查负荷运行正常。

第2阶段。#1 UPS安装、调试、配电柜改造，临时电源搭接完毕后，按照逐套进行的原则，将原#1 UPS退出运行并拆除，安装、调试新UPS，对配电柜母排进行分段改造。将#1 UPS输出接至配电柜UPS 1段，将监控系统上位机设备A套电源或冗余的A套设备及中调远动路由器转移至UPS 1段上。

第3阶段。#2 UPS安装、调试，2套负荷接入。第2阶段施工完毕后，将原#2 UPS退出运行并拆除，安装、调试新UPS，并将#2 UPS输出接至配电柜UPS 2段，拆除临时电源，将B套负荷接至UPS 2段上。

表1 上位机重要负荷统计表

所有负荷按照平均分配、分段运行原则，完成全部安装调试和负荷割接，监控系统UPS电源投入正式运行。UPS电源改造投运后，维护人员利用坝区400 V厂用电倒换停电机会，在电源分配屏负载处接入电能质量分析仪检测交流掉电切换直流的电压波形。分析仪波形显示，交、直流切换时，输出电压波动＜3%，切换直流供电时间＜1 ms，输出波形失真度＜3%，无尖峰电压，满足计算机监控系统负载不间断电源的各项技术要求。

4 UPS改造后运行维护要点

（1）进行UPS维护时，需将负载切换到维修旁路。先在操作按键上将逆变器停止工作，将维修旁路解锁后合上维修旁路开关，合闸瞬间伴有接触器吸合声，然后依次断开交流输入，直流输入和旁路输入开关，此时UPS转到维修旁路工作才能进行主机维护。

（2）40 kVA UPS容量较大，运行过程需加强对主机散热情况和设备间温度的监视。主机柜内的散热风扇在逆变工作状态时一直工作，当温度达到30 ℃时第二级散热风扇启动，当温度超过50 ℃时第三级散热风扇启动并告警。

5 结 论

本文总结思林发电厂计算机监控系统上位机原UPS电源存在的问题，将原UPS电源由并机运行改造为两套独立的冗余系统。通过改造及优化，提高了计算机监控系统上位机运行稳定性和可靠性。目前，UPS电源分别对计算机监控系统上位机、远程诊断平台、网络安全服务器、工业电视和on-call系统等设备进行不间断供电，#1 UPS、#2 UPS的负荷百分比分别为16%、17%，UPS电源双套配置、分段运行可靠，为水电厂远程集控、少人维护管控模式的推进提供了重要保障。