1、异型 UPS 双机分列电源系统构建摘要：本文主要介绍了对某变电站单机 UPS 系统改造的过程，从提高供电安全性和可靠性的角度出发，同时兼顾改造成本，在保留原 UPS主机的基础上，增加一台新 UPS 主机和一台 STS 静态开关，构建成异型UPS 双机分列加 STS 的新电源系统。 关键词：变电站；UPS 系统；改造 中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号： 1 概述 本次对某变电站单机 UPS 系统改造的过程中，并没有采用常见的 UPS双机冗余并机方式，主要是考虑并机柜成本较高且存在较大隐患，如出现故障将导致系统不能正常切换，从而造成系统稳定性下降。所以，我们将两台 UPS 主机分列安
2、装，并为重要设备配置了毫秒级切换功能的 STS静态开关，使系统供电稳定性得到大幅提高。 2 原有单机 UPS 电源系统 某变电站原有 UPS 主机容量为 30KVA，为装置 DCS 系统、通讯及火警设备提供电源，并确保停电后供电 30 分钟。其系统图如图一所示： 图一：单机 UPS 系统图 UPS 主电源及旁路电源均变电站 0.4KV 马达控制中心（MCC） ，为避免同时断电，主路电源及旁路电源分别取自 L2 段和 L3 段。虽然 UPS 主机故障率低，但在使用过程中曾暴露出很多问题，故障多由 UPS 主回路、交流旁路、维修旁路相互切换的不顺畅以及 UPS 蓄电池组故障引起。主要有以下几个现象
3、： 交流旁路与逆变器相互切换时 UPS 失电； 当大规模停电时，蓄电池组出现故障，导致 UPS 失电； 切换操作时失误，使得 UPS 输出发生畸变，甚至导致失电。 3 异型 UPS 配置方案选择 使用双 UPS 的配置替代单机模式是近年来的一种趋势，可以最大程度提高 UPS 系统的可靠性。但出于尽可能节约改造成本的考虑，本次改造将原有系统 30KVA 容量 UPS 主机保留，新增 1 台 40KVA 容量 UPS 主机与原主机进行配置安装。在配置方案上我们进行了分析选择，比较了串联、并联及分列安装的优缺点后，最终选择了稳定性更高的分列安装方式，并为重要设备配置了毫秒级切换功能的 STS 静态开
4、关，从而构成异型 UPS 分列加 STS 的电源系统。 3.1 串联安装 图二： UPS 串联安装系统图 从图二可以看出，UPS 一主一备，正常情况下主用 UPS 工作，发生故障时自动转为静态旁路，此时由备用 UPS 通过主用 UPS 的静态旁路为负载提供不问断的电源。此种改造方式安装简单，便于实施。但其缺点也非常明显，首先主用机的静态旁路故障时，整个系统对负载的供电中断，备份失效；其次备机长期空载，设备状态难以判断，如存在未知故障，则切换时将不能使用；还有备用机蓄电池长期处于浮充状态，影响电池寿命，不能保证供电稳定。 3.2 并联安装 图三： UPS 并联安装系统图 图三是 UPS 双机冗余
5、并联配置系统图，这也是目前较为常用的一种配置方式。但针对现有设备来看，两个 UPS 主机的容量和厂家均不同，因此不支持一般的并联安装方式，必须如图三所示在输出侧增加一台并联柜。正常情况下 UPS 一主一备，主用 UPS 工作，发生故障时通过并联柜自动切换，由备用 UPS 为负载提供不问断的电源。此种改造方案理论上稳定性较高，但缺点同样明显，一旦并联柜出现故障，无法实现自动切换，则整个系统对负载的供电中断，备份失效。 3.3 分列安装 经过比对选择后，新 UPS 系统改造方案选定为 “双机分列加 STS”的 UPS 系统，通过查看一些实际应用案例，该统供电可靠性最高，新 UPS配置系统图如图四所
6、示。其优点显著：(1)对 UPS 无要求，安装简单，无需调试，不增加额外电路，不增加购置成本。(2)可以实现增容的要求，为今后进一步改造打下基础。(3)可以实现一台 UPS 带满载，另一台停机，便于维护。(4)两台 UPS 分担负载，利用率高。 图四：新 UPS 配置系统图 从图四中可以看出，两台主机电源及旁路电源分别引自不同变压器，可最大程度保证电源稳定。配电柜将各回路都配置了开关，则可以避免负载故障对 UPS 主机的冲击，使主机使用寿命延长。尤其增加静态开关STS 后则可以充分发挥每台 UPS 的供电优势。当 UPS 1#电源中断时，STS开关将会在几十毫秒几百毫秒的时间内，自动将 UPS
7、 2#电源切换给负载。这样一来就最大程度的提高了供电可靠性。 3.4 系统模拟测试 在系统安装后进行了模拟测试，以检测双单机 UPS 加 STS 的控制效果，测试经过如下： (1)启动两台 UPS，确定逆变器带载，旁路正常，此时两台 UPS 的输出电压稳定，STS 为一路输出一路备用。 (2)启动两台 UPS，确定逆变器带载，旁路正常。断开一台 UPS 的旁路输入，输出电压略有偏差，短时间内恢复正常。 (3) 启动两台 UPS，确定逆变器带载，旁路正常。同时断开两台 UPS的旁路输入，输出电压略有晃动后，两台 UPS 的输出趋于稳定。 (4) 启动两台 UPS，确定逆变器带载，旁路断开(电池放
8、电)。同时闭合两台 UPS 的旁路输入后，输出电压略有晃动后，两台 UPS 的输出趋于稳定。 4 结论 （1）通过改造后的模拟测试以及观察正常运行的情况，该系统表现良好，运行电流一直比较稳定，证明本次改造是成功的； （2）改造中最大程度的利用了变电站现有设备，避免了资源的浪费，节约了改造成本，符合节能环保的要求； （3）设备选用市场主流产品，性能有保障，其容量也能满足今后负载增容的需要，具备的通讯功能与变电站监控系统相连后，可直观的监视 UPS 系统的运行情况。 （4）本次改造经过也可用于同类情况的 UPS 系统更新，以实现变配电工作的安稳长久运行。 【参考文献】 1 张广明，沈卫东，曲颖UPS 高可用供电系统设计与应用M北京：人民邮电出版社，2004 2 刘希禹高可用度的冗余 UPSJ通讯电源，2004(8)：5056 3 李杰，杨富文UPS 逆变电源的并联控制技术综述J通信电源技术，2005(11)：2729 4 李成章谈 UPS 冗余并机系统存在的单点瓶颈故障隐患JUPS 应用，2009(10)：4146
