馮 毅， 宋 果， 姚 坤

(四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，四川 成都 610000)

1 概 述

安谷水電站工程是大渡河干流梯級開發(fā)中的最后一級，壩址位于樂山市安谷河段的生姜坡，距上游沙灣水電站約35 km，下游距樂山市區(qū)約15 km，有省道S103從樞紐區(qū)左岸通過，對外交通較方便，可將設(shè)備運(yùn)至主廠房安裝間。

安谷水電站裝機(jī)容量為772 MW，裝設(shè)4臺、單機(jī)容量為190 MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組(1-4#機(jī)組)和1臺12 MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組(5#機(jī)組，生態(tài)機(jī)組)。電站以220 kV電壓等級接入電力系統(tǒng)，按無人值班(少人值守)設(shè)計。

安谷水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)UPS電源配置雙套UPS裝置，單套UPS容量30 kVA，采用GB7260規(guī)定的雙變換UPS。在正常廠用電輸入下，交流電經(jīng)整流器被轉(zhuǎn)換為直流電源供給逆變器，逆變器進(jìn)而將其轉(zhuǎn)換為交流電源輸出供給負(fù)載，在廠用電異常時，可由系統(tǒng)直流蓄電池提供直流電供給逆變器，從而有效地保證系統(tǒng)輸出的連續(xù)性。當(dāng)逆變器出現(xiàn)不正常狀況，諸如逆變器未開啟、過溫、短路、輸出電壓異?；蜇?fù)載超出逆變器承受的范圍等，逆變器將自動停止運(yùn)行以防損壞，此時靜態(tài)開關(guān)會轉(zhuǎn)換至備用電源輸出給負(fù)載使用。

2 安谷水電站UPS電源

2.1 UPS電源接線及運(yùn)行方式

安谷水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)UPS電源交流輸入端、交流輸出端分別配置隔離穩(wěn)壓裝置，直流輸入端配置防反充電二極管，以保證交流輸入端、直流輸入端、交流輸出端三端完全電氣隔離。UPS直流電源取自廠內(nèi)直流系統(tǒng)，交流電源取自廠內(nèi)交流配電盤，UPS電源系統(tǒng)采用雙機(jī)雙母線帶母聯(lián)接線方式，每套UPS交流電源輸入各自獨(dú)立，UPS電源的交流輸入工作電源和旁路輸入電源分別通過一路廠用電源輸入，由UPS 電源系統(tǒng)供電的設(shè)備按照負(fù)載均分原則接線，所有設(shè)備采用一路饋線開關(guān)對應(yīng)一臺負(fù)載設(shè)備，雙電源設(shè)備分別接到 UPS 電源輸出的兩段母線上，當(dāng)交流輸入電源正常時，UPS使用交流電能，通過整流器整流，再通過逆變器逆變成交流220 V、50 Hz電源后向負(fù)載供電。當(dāng)交流輸入電源故障時，UPS電源自動由交流輸入電源供電切換至直流工作電源經(jīng)逆變器供電, 切換時間為0 ms，轉(zhuǎn)換瞬間輸出波型連續(xù)，無斷點(diǎn)；當(dāng)交流輸入電源恢復(fù)正常后，UPS 電源自動由直流工作電源供電切換至由交流輸入電源供電，切換時間為0 ms，轉(zhuǎn)換瞬間輸出波型連續(xù)，無斷點(diǎn)。當(dāng)UPS電源過載、所有逆變器故障或交/直流工作電源輸入回路同時故障時，通過UPS旁路靜態(tài)切換開關(guān)自動切換至交流旁路輸入電源供電。當(dāng)工作電源恢復(fù)正常后，UPS應(yīng)能自動切換至逆變輸出供電，UPS電源配置旁路檢修斷路器，在 UPS電源退出檢修維護(hù)時閉合檢修斷路器為負(fù)載供電。

2.2 UPS負(fù)荷統(tǒng)計及計算

安谷水電站UPS負(fù)荷包括：計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)、工業(yè)電視系統(tǒng)上位機(jī)、接入系統(tǒng)自動化設(shè)備等。容量統(tǒng)計時普通PC容量按照300 W考慮，服務(wù)器容量按照750 W考慮，交換機(jī)容量按照50 W考慮，LCD液晶顯示器容量按照50 W考慮，接入系統(tǒng)自動化設(shè)備容量按照4 kW考慮。

安谷水電站UPS負(fù)荷統(tǒng)計情況見表1。

表1 安谷水電站UPS負(fù)荷統(tǒng)計表情況表

交流不間斷電源(UPS)容量選擇計算：

UPS的額定容量是指逆變器交流輸出的視在功率(kVA)，UPS的容量選擇計算如下：

式中Sc為UPS計算容量，kVA；Ki為動態(tài)穩(wěn)定系數(shù)，取1.1～1.15；Kd為直流電壓下降系數(shù)，取1.1；Kt為溫度補(bǔ)償系數(shù)，取1.05～1.1；Ka為設(shè)備老化系數(shù)及設(shè)計裕度系數(shù)，取1.05～1.1；P∑為全部負(fù)荷的計算功率，kW；cosφ為負(fù)荷功率因數(shù)，取0.7～0.8(滯后)。

則，可靠系數(shù)：

Krel=KiKdKtKa=1.33～1.53

取可靠系數(shù)平均值Krel=1.43，cosφ=0.7。

則，得到：

經(jīng)過計算，安谷水電站UPS容量最終選擇30 kVA。

上述系數(shù)說明：

(1)動態(tài)穩(wěn)定系數(shù)。考慮到當(dāng)負(fù)載突變時，為保證穩(wěn)壓精度、縮短恢復(fù)時間、提高頻率穩(wěn)定性以減少波形失真度，一般采取適當(dāng)加大UPS的容量，用動態(tài)穩(wěn)定系數(shù)計及這一因素。

(2)直流電壓下降系數(shù)?？紤]蓄電池事故放電過程端電壓下降，按有關(guān)規(guī)程規(guī)定，UPS的事故計算時間按60 min計算，此時的直流系統(tǒng)電壓下降至約為額定電壓的90%。雖然該電壓仍在逆變器輸入工作電壓范圍內(nèi)，對逆變器輸出電壓影響不大，但輸出容量卻隨輸入電壓的下降而下降。

(3)溫度補(bǔ)償系數(shù)?？紤]到環(huán)境溫度過高將引起UPS降容。當(dāng)UPS與直流屏一起布置在直流設(shè)備室或UPS室(而不是布置在控制室或電子設(shè)備室)時，該室的環(huán)境溫度較高，一些南方電廠夏季可達(dá)35 ℃；同時，因UPS柜內(nèi)布置比較緊湊且有大量發(fā)熱元件，柜內(nèi)溫度將超過40 ℃。為減輕溫度過高的影響，可用大于1的溫度系數(shù)計及這一因素。

(4)設(shè)備老化系數(shù)?？紤]到設(shè)備元器件運(yùn)行時間過長而老化，運(yùn)行過程中增加負(fù)荷，容量計算應(yīng)計及老化和設(shè)計裕度系數(shù)。

綜合上述因素后，UPS容量的選擇應(yīng)留有必要的裕度，以滿足各種不同工況時的運(yùn)行需要。

2.3 直流輸入電流的計算

直流輸入電流是用于計算蓄電池容量的負(fù)荷電流，是按同時系數(shù)0.6、逆變器效率90%和直流系統(tǒng)電壓220 V計算的。具體的工程計算按實(shí)際的負(fù)荷進(jìn)行核算。

安谷水電站直流輸入電流=30 000 VA×

0.6/220 V×0.9=90.9 A

3 結(jié) 語

UPS 容量的確定是UPS 選型的首要問題。UPS容量選擇過大或過小都會對UPS產(chǎn)生不良影響。容量過大, 過度輕載, 雖然降低了逆變器的損壞概率, 但也可能造成市電停電時蓄電池放電電流小、放電時間偏長而造成蓄電池深度放電, 使電池組永久損壞；而容量過小,雖然節(jié)約了一部分資金,但UPS長期處于重載狀態(tài), 輸出波形發(fā)生畸變, 也容易造成逆變器的損壞。因此, UPS 容量的選擇對于提高UPS 的工作效率, 改善USP 的工作狀況非常重要。

[1] DL / T 1074 — 2007，電力用直流和交流一體化不間斷電源設(shè)備[S].