UPS电源在电力监控系统中的应用探讨

梁垚

摘要：本文介绍了UPS电源在电力监控系统中的应用情况，对UPS 建设阶段中模式选择、容量选择、接地选择等常见问题依据笔者所在单位的相关要求作了具体分析。同时，结合实际工作经验探讨了运行维护中UPS主机和蓄电池的注意事项。

关键词：UPS;电源;电力监控系统;应用

一、电力监控系统的基本概念

电力监控系统是指用于监视和控制电力生产及供应过程的、基于计算机及网络技术的业务系统及智能设备，以及做为基础支撑的通信及数据网络等。电力监控系统主要包括调度自动化系统（如能量管理系统、广域相量测量系统、电能量计量系统、厂站自动化系统、换流站计算机监控系统、水调自动化系统、实时电力市场的辅助控制系统、电力调度数据网络等），配电自动化系统等。而目前UPS电源不管是在以能量管理系统为主的调度自动化主站，还是在以厂站自动化系统为主的厂站，以及以电力调度数据网和其通信传输网为主的网络传输通道都得到了普遍的应用。随着电网建设的发展，电网结构也越来越庞大、复杂。电力监控系统作为电网安全、稳定、经济运行的基本保障，其可靠性也越发重要，而UPS电源则为电力监控系统的持续稳定供电提供了有力支撑。

二、应用的基本情况

UPS 电源可分为后备式、在线式和在线互动式三种。在由正常市电模式转换为电池模式的转换时间上这三种类型体现为：在线式由于逆变器一直处于逆变工作状态所以转换时间为0。而后备式在市电模式下逆变器是没有工作的，当市电消失后立即转为工作状态，需要4-10ms转换时间。在线互动式在市电模市下是通过逆变器反向工作向蓄电池充电，当市电消失后立即转换为逆变状态，同样需要一定的装换时间。由于电力监控系统中服务器、磁盘阵列、网络设备等负载对于供电质量要求较高，需真正实现负载供电不间断，因此电力监控系统机房采用的是在线式UPS电源。

三、建设阶段应注意的问题

1.UPS结构模式的选择

UPS系统结构主要有单机模式、双机并联模式、并联冗余模式等。根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》相关规定的要求UPS应至少具备两路独立的交流供电电源，且每台UPS的供电开关应独立。也就是说UPS系统最好由不同变电站的高压馈线电源、不同低压配电柜、不同电缆路径、不同UPS配电柜的两路独立的交流电源供电。这样能充分保证UPS市电输入的高可靠性。同时，UPS所带负载也必须支持双电源。UPS双机并联模式相对而言虽然具有更高的可用性，其可用性可达99.999%左右。但双机并联结构为单输出母线结构，且通过同步模块实现同步，存在单点故障会干扰影响另外一正常节点，在UPS输出侧供电线路发生短路故障、整流滤波电容故障或IGBT管被烧或同步模块故障时极易导致两台并机的UPS出现瞬间供电中断或者输出停电。事故案例也表明，因UPS供电系统内部模块或其他模块故障导致输出闪断或中断，进而引起信息系统运行中断事故时有发生[2]。综上所述，电力调度UPS系统结构一般采用双机单独运行带旁路模式，此结构实现了输入、输出地完全冗余配置，避免了单点故障导致整个UPS系统故障的可能。

2. UPS及蓄电池容量的选择

根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》相关规定的要求调度自动化系统应采用专用的、冗余配置的不间断电源（UPS）供电，UPS单机负载率应不高于40%。外供交流电消失后UPS电池满载供电时间应不小于2h。在双机单独运行带双电源设备——这种电力监控系统机房常用结构模式下，UPS单机负载率应不高于40%也就是说所有负载设备的功率总和不能超过两台UPS主机的总容量的80%。根据负载情况确定UPS主机容量后，根据主机满载容量下的有功（满载有功一般为UPS主机视在容量乘以0.9的系数）折算出蓄电池的输出电流，然后根据输出电流，放电时间不小于2h等参数，换算出蓄电池应配备的最小容量。

3.UPS接地方案的选择

如下图1、2所示，USP系统接地分为两种情况。两种情况的区别主要体现在零地电压的大小上。在不對称负载或非线性负载存在时，中性线有电流流过，中性线和地线之间会产生零地电压。电力监控系统UPS电源建设过程中，USP系统接地问题经常被忽视。计算机设备一般要求零地电压小于2V，过高的零地电压容易引起设备硬件损坏。考虑到对旁路供电隔离，可按照图2所示将旁路接入三绕组变压器，无论旁路电源供电还是由逆变电源供电，输出侧均构成完整的独立电源系统，从而可以有效减小零地电压的产生和市电干扰，非常适合于电力监控系统这一重要信息系统的供电。

四、维护阶段应注意的问题

1.主机的维护及注意事项

主机在投运时一定要做好相关试验，特别是各类状态的正常切换试验。市电模式与电池模式的正常互相切换，市电模式与旁路模式的正常互相切换。这里需注意的是，旁路检修开关的合上与断开也要做相应的试验，特别是某些厂家型号的UPS支持在UPS主机逆变器运行状态下强制合上检修旁路，然后UPS自动关机的功能，一定要进行试验，确保功能正常。同时还容易忽视的是，UPS两路输入的切换试验，通过切换试验验证ATS装置的动作正确性及两路输入电源的相序一致性。当相序不正确时，部分UPS会启动输入保护，导致UPS自动切换到电池模式。同时，UPS关机后，如果相序不正确，部分型号主机也不能正常开机，只能工作在旁路模式。目前的UPS主机基本都支持通过网络、串口、硬结点等多种方式接入动环管理系统，在将相关信号接入完成前，一定要逐个核对相关量测是否采集一致、准确，相关状态量动作是否传送及时、正确。

2.蓄电池的维护及注意事项

UPS电源一般配置的是免维护的铅酸蓄电池，但为了延长使用寿命，保障运行稳定安全，进行相关维护是很有必要的。主要定期进行充放电试验、内阻测试、红外测温等。同时，运行时间较长的电池，在其充放电的过程中还要进行红外测温，并紧固接线端子防止长时间运行后的螺丝松动。长期未用的蓄电池不要马上带负载，静止不同厂家、型号的蓄电池混用。UPS电源严禁接入取暖、制冷、临时施工电源等高耗电负载。

参考文献：

[1] 宫正 UPS电源在电力调度自动化系统中的应用与维护 [J] 通讯世界2016（5）：214-215

[2] 宫正电力调度不间断电源系统研究 [J] 2010（28）：88-89