调度自动化系统不间断电源可靠性改进分析

　摘 要：介绍了梅州供电局调度自动化主站2台UPS并列冗余的供电方式和运行风险。在落实南网总调关于调度自动化系统双机全停反措过程中，梅州供电局充分利用应急中心的UPS作为反措整改的后备保护电源，确保自动化系统关键设备的运行在受保护的情况下，实现了UPS双机向分列运行的平稳过渡。就如何提高UPS电源供电可靠性和降低改造风险等方面进行研究，为相关单位提供了设计思路。
　　关键词：调度自动化；不间断电源系统；双机并列；逆变器
　　中图分类号：TM762.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）18-0001-02
　　UPS是不间断电源系统的简称，它的主要作用是当交流输入电源消失时，能通过附属蓄电池提供的直流电源逆变成符合一般设备需求的工频交流电源，继续向负载供电，从而保证对负载供电的连续性和可靠性。
　　梅州供电局调度自动化主站现有的UPS电源系统为双机双母带母联配置，可满足《南方电网调度自动化统不间断电源配置规范》，但其运行方式是母联投入双机并联运行，根据《关于落实防止调度自动化系统双机全停的11项反措的通知》，UPS系统的运行方式还需整改。由于调度自动化系统是不可停系统，在电源整改过程中需考虑设备运行的稳定性和可靠性。因此，我们设计了一套以利用应急中心UPS电源作为后备保护电源，确保关键设备在不停电的情况下，实现2台UPS解除并列运行的技术方案。本文就UPS系统整改设计和实施中的关键问题进行简要阐述。
　　1 UPS系统的现有运行方式和特点
　　梅州供电局自动化机房现有的UPS为梅兰日兰Galaxy PW系列产品，运行方式为双机双母线并联冗余，其结构如图1所示（输出母联开关为常闭状态）。双机并联方式的特点是2台UPS互为冗余，在正常运行时，每台UPS的容量相同且平均分担相等的负载，负载功率小于或等于单台UPS的额定功率。在此情况下，如果一台UPS出现故障，则另一台UPS能继续供给全部负载。总而言之，并联冗余的配置可提高整个UPS系统的供电可靠性。
　　图1 UPS双机接线
　　2 UPS系统存在的风险及其反措要求
　　2011-07，广西某供电局发生了一起调度自动化主站系统双机全停事件。调查发现，该事件是因一台UPS发生了故障停机。因故障UPS采用了双机并联运行，所有负载自动转移至另一台UPS，在转移过程中出现了异常，导致第二台UPS在未闭合旁路开关的情况下自动停机，最终使两路UPS输出电源停电。此次事件暴露了双机并列运行存在的风险和弊端——如果出现单机故障后，因双机通信异常或双机配置不完善等原因，就可能将故障范围扩大甚至双机全停，这样会严重影响调度自动化系统的持续、稳定运行。
　　为了防止上述事件再次发生，南网总调下达了《关于落实防止调度自动化系统双机全停的11项反措的通知》。其中的第九项反措要求：并机模式UPS存在重大安全风险，各级调度机构应尽快落实技改项目，执行相关反措。反措具体包括：①采用并机模式运行的UPS系统，应按照《南方电网调度自动化系统不间断电源配置规范》，整改为双机双母线带母联运行的接线方式；②如果在短时间内不具备整改条件，应尽快新增一套供应急使用的UPS。
　　3 UPS供电方式的改进设计
　　因现有的双机双母带母联接线方式的UPS系统存在运行风险，并根据南网总调整改不间断电源的相关规定，需要对2台UPS进行解并列整改。具体需要进行UPS停机、断开母联开关（加闭锁措施）、拆除并机通信线和重新配置双机运行参数等操作。在UPS系统整改之前，我们已向UPS的生产厂家咨询了解并列的相关问题，并认真组织自动化技术人员研讨整改过程中存在的风险和控制措施。其中，讨论的焦点是双机停电的方式，厂家建议的方案是双机全停，负载无缝切换至旁路转供，然后分列操作。这种方案在断开母联开关时，会导致部分单电源设备停机，且双电源设备处于单路电源供电和“在线运行无保护”状态，此时，一旦市电输入跳闸，将会引起自动化系统双机全停。另外，在此项整改方案的负荷转移过程中，原本运行正常的UPS会受到负载冲击，将导致关键元件异常而自动停机，进而造成双机全停事故。
　　经过反复论证，最终设计出了一套较为安全的方案。其核心思路是利用应急指挥中心20 kVA的UPS（以下称#3UPS），并借助自动化机房的便利条件，将其作为双机全停后负载的后备保护电源。具体流程为：从#3UPS的配电箱中拉一路临时电源至各关键设备屏柜，并以此作为屏体STS（静态切换开关）的备用电源，以来自#2UPS的屏柜B母排作为STS的主电源，每个机柜新增一个PDU作为STS的电源输出端，这样就可以实现双电源关键设备的一路电源来自#1UPS（A母排），另一路则由#2UPS和#3UPS共同承担（PDU）。当2台UPS全停时（假定先停#1UPS），根据并联停机的操作步骤，应使市电通过#2UPS维修旁路向B母排负载供电，运行在A母排的单电源设
　　备会因母联断开而失电，B母排上的单、双电源负载均由市电供应，双电源设备可受到#3UPS的供电保护。当旁路市电停电时，双电源设备仍可由STS自动切换（切换时间≤8 ms）至#3UPS继续供电，以确保关键设备的运行不受影响。该方案明显提高了关键设备供电的可靠性，并有效地降低了UPS系统整改的风险。
　　我们根据技术方案编制了相应的《双机解并列操作步骤》。在实施过程中，应严格按步骤执行，检查、确认2台UPS的各项性能指标正常后，才可进行停机操作。下面以先停#1UPS为例分步讲解。
　　3.1 #1UPS停机
　　停止逆变器，断开逆变器输出开关Q5N，断开旁路开关Q4S，断开电池开关QF1，断开市电主输入开关Q1。此时，除了关键双电源设备由#2UPS与#3UPS共同承担外，其余负载均由#2UPS承担，全部负载均受到了运行保护。
　　3.2 解除并联
　　在确认所有设备运行正常后，断开母联开关QS1，此时，A母排停电，部分单电源设备停机。
　　3.3 #2UPS停机
　　停止逆变器，系统自动合上旁路开关，由市电供应负载，合上维修旁路开关Q3BP，断开逆变器输出开关Q5N，断开UPS旁路输入开关Q4S，断开电池断路器QF1，断开UPS主输入开关Q1。此时，负载不间断地切换至手动维修旁路供电方式（市电供电），除关键设备有一路应急指挥中心的UPS受保护外，其余负载均不受保护。
　　4 结束语
　　在设计技术方案之前，我们已核实了关键 设备的总负载低于#3UPS的额定容量，核查了UPS输出和配电各级空气开关的容量是否满足要求，确保逐级配合，防止空气开关越级跳闸。该方案布置严密，实施顺利，最终安全、稳定地实现了UPS双机分列运行的目标。该方案的关键环节是利用应急指挥中心的空闲UPS作为临时后备保护电源，有效地降低了反措实施的风险。
　　参考文献
　　林捷.汕头供电局调度自动化UPS系统解并列工程实例.科技与企业，2012（12）125-126.
　　————————
　　作者简介：李伟青（1986—），男，工学硕士学位，工程师，主要从事电力调度自动化系统、变电站自动化系统研究和运维工作。陈龙成，男（1980—），工学学士学位，助理工程师，主要从事电力调度自动化系统的维护工作。

本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jingjilunwen/gongyejingji/259707.html