認識UPS不間斷電源

2021-12-03 157繼保教室

某變電站內UPS系統由於線路老化,發生相間短路。故障電流導致UPS電源屏內起火,進一步導致交流串直流,並擊穿測控裝置中的壓敏電阻導致直流系統多點接地,最終導致後臺監控系統及遠方通信失電。

這是小編9月親歷的一起較為嚴重的事故。因而UPS系統的重要性可見一斑。本期我們就一起來認識一下UPS。

1、UPS的作用

UPS中文為「不間斷電源」。是一種含儲能裝置,以整流器、逆變器為主要組成部分,為變電站內監控系統、自動化儀表、遠方通信系統等設備提供恆壓恆頻的不間斷電源。

UPS系統的主要作用有兩方面:

(1)做為重要設備的交流供電電源,防止市電突然斷電而影響正常工作,給設備造成損害;

(2)消除市電中的電湧、瞬間高/低電壓、電線噪聲和頻率偏移等「電源汙染」,改善電源質量,為計算機等提供高質量的電源。

2、UPS的分類

UPS系統主要有有三種類型:後備式、互動式、在線式。

(1)後備式:具備自動穩壓、斷電保護等功能,轉換時間10ms左右,逆變輸出的交流電是方波,結構簡單,價格便宜;

(2)互動式:具有濾波功能,抗市電幹擾能力強,轉換時間小於4ms,逆變輸出為模擬正弦波,價格遠低於在線式;

(3)在線式:結構較複雜,性能完善,能夠持續不中斷輸出純淨正弦波交流電,能夠解決尖峰、浪湧、頻率漂移等全部的電源問題;價格高,通常應用在關鍵計算機和網絡設備等對電力要求苛刻的環境中。

3、UPS的結構

變電站內UPS系統一般由電力UPS主機、旁路穩壓櫃、輸出饋線櫃等三部分組成(小功率時也可三合一)。

結構示意圖如圖所示,簡單說說幾個比較重要的部分的用處。

整流器:有兩個主要功能:第一,將交流電(AC)變成直流電(DC),經濾波後供給逆變器;第二,給蓄電池提供充電電壓,起到一個充電器的作用;

逆變器:將直流電(DC)轉化為交流電(AC),供給負載使用;

蓄電池:UPS用來作為儲存電能的裝置,使其在市電失電時,可以將直流電逆變後,為負載提供不間斷電源。其容量大小決定了其維持放電(供電)的時間 ;

靜態開關:又稱靜止開關,是用兩個可控矽(SCR)反向並聯組成的一種交流開關,其閉合和斷開由邏輯控制器控制;

隔離變壓器、穩壓器:在輸入或輸出部分將交流與直流隔離,穩壓器除了隔離之外還有穩定電壓的作用;

4、UPS的四種運行模式

UPS有4種運行模式,將UPS系統結構簡化後示意圖如下:


(1)正常操作模式:

在正常交流電源供應下,整流器將交流電轉換為直流電,將市電中的「電源汙染」消除,並同時對蓄電池充電。再供給逆變器將直流電轉換為交流電,提供更穩定的電源給負載。

(2)停電模式:

當交流電源發生異常或整流器、電抗器故障時,蓄電池組提供直流電給逆變器,使交流輸出不會有中斷,進而達到保護負載的作用。(3)備用電源模式:

當逆變器發生異常狀況如逆變器保險絲熔斷、短路等故障時,逆變器會自動切斷以防止損壞,若此時旁路交流電源正常時,靜態開關會將電源供應轉為由旁路備用電源輸出給負載使用。


(4)維護旁路模式:

當 UPS要進行維修或更換電池而且負載供電又不能中斷時,可以先切斷逆變器開關然後激活維修旁路開關,再將整流器和旁路開關切斷。交流電源經由維護旁路開關繼續供應交流電給負載,此時,維護人員可以安全地對UPS 進行維護。

5、電力系統UPS的一些要求

(1)監控系統和遠方通信系統對變電站十分重要,因此作為電源的UPS系統的可靠性也有非常高的要求;

(2)綜自系統的負載大多數為單相負載,因此電力系統專用的UPS電源大多數要求為三相/單相輸入、單相輸出的中小型功率 UPS ,容量一般在 60kVA 範圍之內;

(3)旁路靜態切換開關應具有自動、手動兩種工作方式,實現無間斷切換;

(4)由於變電站有 220V或 110V 直流系統,並有直流充電屏給蓄電池充電。所以電力專用UPS自身不帶蓄電池,直接使用直流系統作為UPS的直流輸入,並且不需要具備充電功能;

(5)電力專用 UPS 的直流輸入端一般要求裝有反灌雜訊抑制器,如逆止二極體等,使 UPS 對直流母線的影響儘量小;

(6)UPS電源在帶滿全部設備後,應留有40%以上的供電容量。UPS在交流電失電後,不間斷供電維持時間不小於60分鐘。

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