杜 雙，余 峰，陳夢雪

中國核動力研究設(shè)計院，四川成都 610041

某研究堆應(yīng)急供電系統(tǒng)UPS的原理與應(yīng)用

杜 雙，余 峰，陳夢雪

中國核動力研究設(shè)計院，四川成都 610041

本文描述了某研究堆應(yīng)急電力系統(tǒng)的組成和功能，以及應(yīng)急供電系統(tǒng)的核心設(shè)備——UPS電源裝置的原理、運行方式和特性，并介紹了UPS在使用中的相關(guān)操作知識、維護時的注意事項，以便于更好地對某研究堆應(yīng)急供電系統(tǒng)進行合理利用，確保反應(yīng)堆運行的安全。

某研究堆；應(yīng)急供電；UPS；應(yīng)用

供電系統(tǒng)為反應(yīng)堆提供電力，它直接關(guān)系到反應(yīng)堆的啟動、運行、停堆以及事件的處理，是重要的安全輔助系統(tǒng)，而其中的應(yīng)急供電系統(tǒng)對確保反應(yīng)堆的安全起著至關(guān)重要的作用。反應(yīng)堆應(yīng)急供電系統(tǒng)對電源的可靠性、穩(wěn)定性有較高的要求。

為提高運行的安全性、可靠性和經(jīng)濟性，某研究堆應(yīng)急供電系統(tǒng)進行了兩次技術(shù)改造。在技術(shù)改造中取消了由試驗堆的供電系統(tǒng)來供電的方式，在某研究堆上直接采用應(yīng)急電力設(shè)備——UPS電源來提供可靠電力。UPS電源具有體積小、噪聲低、可靠性高、壽命長、穩(wěn)壓穩(wěn)頻和操作簡單等特點。

1 某研究堆應(yīng)急供電系統(tǒng)

1.1系統(tǒng)構(gòu)成

某研究堆應(yīng)急供電系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。系統(tǒng)中有兩路外電源可以對某研究堆提供電力，外電源來自兩路不同的輸電系統(tǒng)。技術(shù)改造后某研究堆運行時的供電方式，由原兩路同時供電改為一路供電，并且優(yōu)選一路供電質(zhì)量相對較好的線路，另一路備用，以減少各種原因（如雷擊）導(dǎo)致外電源的瞬間電壓波動引起的停堆事件。

圖1　不間斷供電系統(tǒng)示意圖

某研究堆的應(yīng)急供電系統(tǒng)主要由四臺UPS電源和一個配電柜組成。系統(tǒng)所用UPS均采用交流220V、單進單出的設(shè)備。1、2、3號UPS為純正弦波在線式，容量分別為6kVA、5.5kVA、5.5kVA，主要用于儀表和控制系統(tǒng)，以及廣播、通訊等。4號UPS采用普通輸出方波電壓的后備式1kVA UPS電源，用于應(yīng)急照明，此外，在主控室、生產(chǎn)操作間還備有自帶蓄電池的應(yīng)急燈作為輔助應(yīng)急照明裝置。技改時取消了用于輔助冷卻系統(tǒng)的應(yīng)急供電，因為某研究堆在全廠斷電事件工況下，只要反應(yīng)堆能同時停閉，僅靠主泵慣性流量和自然循環(huán)冷卻就能導(dǎo)出堆芯余熱，保證反應(yīng)堆安全。

1.2運行方式

用于儀表和控制系統(tǒng)的1、2、3號UPS的運行方式，采用兩臺投入，另一臺備用，輪換使用，既可以保障隨時提供所需要的不間斷電源，又達到可以延長設(shè)備使用壽命的目的。在外電源正常時、經(jīng)過UPS的整流器、逆變器后輸出具有穩(wěn)壓穩(wěn)頻的純正弦波電源供主控室的各種重要負荷使用。

全廠斷電后，應(yīng)急供電系統(tǒng)滿足岷江堆的儀表和控制系統(tǒng)持續(xù)供電時間不少于20min，以確保全廠斷電情況下的安全停堆，及停堆以后的各種必要的數(shù)據(jù)指示記錄，如棒位、功率、溫度、液位等。

2 UPS工作原理

2.1UPS基本結(jié)構(gòu)

從基本應(yīng)用原理上講，UPS是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要元件，穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出的電源保護設(shè)備。電能以直流（DC）形式貯存在蓄電池中，這使UPS在外電完全失電的情況下也可向外輸出電壓。通常，UPS主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態(tài)開關(guān)等幾部分組成。

2.2UPS的運行模式

UPS主要運行模式有正常運行模式、電池供電模式、旁通模式。

1）正常運行模式。在正常運行時，受干擾的主電源經(jīng)過濾波、整流電路、逆變、變壓，然后通過靜態(tài)開關(guān)輸出穩(wěn)定的正弦波電壓，供UPS連接的負載正常工作，同時經(jīng)過電池開關(guān)給蓄電池充電。

2）電池供電模式。當主電源輸入因市電電壓過高或過低斷開時，系統(tǒng)會使用UPS電池貯存的電能繼續(xù)提供交流電，確保輸出供電不間斷不延時。當外電為失電狀態(tài)，UPS內(nèi)部電池能量耗盡，逆變器將停止工作，此時，UPS將不能再向外接負載供電。當主電源恢復(fù)供電時，逆變器將繼續(xù)經(jīng)由整流器為外接負載供電工作，同時UPS自動向電池充電。

3）旁通模式。（1）自動旁通模式。當逆變器因過載或過熱不能將UPS外接電路所需電壓傳送時，旁通開關(guān)將自動轉(zhuǎn)換由主電源直接供電。如旁通動作是由于過載，當負載小于100%時，UPS將自動跳回到逆變器開關(guān)。如果旁通動作是由于過熱，當溫度降到警戒線下時，UPS跳回到逆變器開關(guān)。（2）維修模式（手動旁通模式）。系統(tǒng)可以通過在后置控制板上的手動旁通開關(guān)手動旁通UPS。此開關(guān)為雙向選擇開關(guān)，可以分別選擇正常運行狀態(tài)。

3 UPS的操作與維護

3.1UPS的啟停操作

在線路熔斷開關(guān)和旁通保險先行合上的情況下，使用前置控制面板上的“開/關(guān)”，開啟UPS。當UPS啟動后，首先實行自檢，LCD液晶屏?xí)@示其自檢狀態(tài)。自檢完成后，UPS開始輸出電壓，液晶屏?xí)@示目前UPS工作模式和實際負載狀況。

3.2信息顯示

當UPS為開啟狀態(tài)時，操作前置面板上的按鈕，通過LCD液晶屏可以查看UPS系統(tǒng)數(shù)據(jù)，狀態(tài)信息，報警信息和設(shè)置。具體可以看到主電源的電壓，頻率以及功率；UPS的輸出電壓，頻率以及負載；觀測到UPS電池組附近溫度，電池電壓和電流甚至電池的剩余放電時間和UPS已運行時間。

3.3維護

在UPS日常維護工作中，必須注意適當?shù)沫h(huán)境條件，保持通風(fēng)口開放，并減少灰塵的進入。

對于電池組的維護，UPS要求較高。電池的使用壽命是3～6年，主要依據(jù)運行溫度和充放電循環(huán)的次數(shù)。當一塊新的電池裝入UPS電池組后，UPS的自動電池測試功能將會在安裝后的第一次開機時對該電池進行測試，確保安全運行。當電池老化或故障時，報警信息會出現(xiàn)，提示電池組需盡快更換。

4 結(jié)論

由于在某研究堆的應(yīng)急供電系統(tǒng)的設(shè)計選型時采用了高品質(zhì)的UPS電源設(shè)備，并在使用中注意了正確操作和維護保養(yǎng)，至今未出現(xiàn)任何故障。最早的兩臺UPS至今已使用了15年，最近的一臺也已經(jīng)使用了9年。另外，UPS電池的更換年限為5年，優(yōu)于常規(guī)的3年左右的壽命。

經(jīng)過多年來的運行情況表明，技術(shù)改造后的某研究堆應(yīng)急供電系統(tǒng)，在充分利用某研究堆所具有的良好固有安全性這一特點的基礎(chǔ)上，以UPS電源裝置組成了靜止式新型應(yīng)急電源系統(tǒng)，從而大大地減化了系統(tǒng)、降低了投資，在使用時操作簡單，維護方便，并顯著地提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，大幅度減少了運行成本。

[1]《工廠常用電氣設(shè)備手冊》編寫組．工廠常用電氣設(shè)備手冊[M]．2版．北京：中國電力出版社，1998．

[2]馬志溪．電氣工程設(shè)計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2002．

[3]齊占慶，王振臣．電氣控制技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2002．

TL4

A

1674-6708（2016）171-0213-02

杜雙，中國核動力研究設(shè)計院。余峰，中國核動力研究設(shè)計院。陳夢雪，中國核動力研究設(shè)計院。