紀哲夫，彭岳云

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熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源在變電站應用的經(jīng)濟性評估

紀哲夫1，彭岳云2

（1.深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000；2.深圳市錦祥自動化設(shè)備有限公司，廣東 深圳 518000）

針對熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源在變電站的典型應用進行了討論分析，討論了熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源在變電站應用的需求和優(yōu)點，并從設(shè)備投資成本、設(shè)備的運維成本等方面，對直接經(jīng)濟性效益、安全效益、社會效益等進行了綜合分析評價。

熱插拔；高頻逆變；投資成本；運維成本

UPS電源主要用于變電站重要負載的不間斷供電，常用于故障數(shù)據(jù)設(shè)備、數(shù)據(jù)通信、應急電源、控制系統(tǒng)等重要負載，需要具備很高的可靠性和穩(wěn)定性。

單臺UPS電源供電時，一旦發(fā)生故障，則可能導致系統(tǒng)癱瘓，并導致不可估量的損失。其熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源在變電站的應用是提高UPS電源系統(tǒng)運行的可靠性和擴大供電容量的有效技術(shù)手段，可以充分利用模塊化設(shè)備的優(yōu)勢，實現(xiàn)并聯(lián)無擴容，不僅可減少系統(tǒng)的體積，提高動態(tài)響應速度，還可提高電源的通用性和靈活性，使系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、組合、互換、備品備件等更加方便，更能進一步提高現(xiàn)場設(shè)備的可靠性、安全性、可維護性，在變電站UPS系統(tǒng)中具有較高的推廣應用價值。

1 熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS應用結(jié)構(gòu)

熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS應用結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)圖

應用于變電站的熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS，由冗余并聯(lián)逆變模塊、靜態(tài)旁路模塊、監(jiān)測模塊組成，其中并聯(lián)逆變模塊可直接并聯(lián)獨立工作；設(shè)計靜態(tài)旁路單元，用于提高可靠性。并聯(lián)逆變模塊的工作原理是將蓄電池組提供的直流電源、電壓經(jīng)保險及開入控制電路加到高頻升壓部分，將直流電源提升至高壓，以滿足逆變功率器件的工作要求。高頻逆變部分將高壓直流變換為工頻交流電，經(jīng)濾波后輸出。控制器控制輸入、輸出、旁路等，同時調(diào)節(jié)控制高頻升壓及高頻逆變的工作狀態(tài)和輸出。濾波器將設(shè)備內(nèi)部的高頻成份濾出，使之與輸入端、輸出端隔離，不影響與其聯(lián)接的其他外部設(shè)備。

2 熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS可靠性分析

高速發(fā)展的數(shù)字化、信息化的時代，要求UPS不間斷供電的電力設(shè)備越來越多，對供電質(zhì)量提出了更高的要求。故障停電或檢修停電會導致UPS負荷的電源間斷，而故障的不確定性停電則會危害變電站的重要設(shè)備。應用熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源系統(tǒng)，無需全面停電檢修，可減少故障次數(shù)，縮小事故范圍，縮短事故時間，為恢復供電，快速分析、診斷、報告事故原因提供有效的依據(jù)。

目前常規(guī)使用中的單機模式的UPS的平均無故障時間為100 000 h，現(xiàn)場平均維護時間為2 h。而對于熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源系統(tǒng)，以10 kVA的系統(tǒng)，采用五塊進行并聯(lián)的模式，設(shè)定單模塊的平均無故障時間為100 000 h，因為熱插拔式的冗余設(shè)計模式，大大提高了熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源系統(tǒng)的總無故障時間，所有模塊同時故障的概率遠遠低于單機模式故障率，且熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS的熱拔插特征，現(xiàn)場維護時間幾乎為0 h。

可見熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS被引入到電力系統(tǒng)變電站后，憑借其優(yōu)點可以有效大大提高變電站的UPS系統(tǒng)的可靠性，具備完全可行性。

3 減少投資成本的經(jīng)濟效益

目前，在競爭日趨激烈的電力市場環(huán)境下，電網(wǎng)公司需要在提高智能、穩(wěn)定、安全、可靠電力供應的同時，盡可能減少電網(wǎng)運維、改造等費用。熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源可以減少變電站UPS容量的設(shè)計成本，可帶來直接的經(jīng)濟收益。

熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源系統(tǒng)具備的擴容功能，可根據(jù)實際負載需求進行科學配置變電站UPS電源的容量，不用過多考慮遠期備用容量，當后期負載有增加時，可進行擴容，提高設(shè)備利用率。

在投資6 kVA變電站UPS電源系統(tǒng)設(shè)計時，考慮到故障率和負載的遠期容量，一般要求超容設(shè)計為10 kVA，后期負載增加后進行整機改造；如果按熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源系統(tǒng)可按實際需求進行容量設(shè)計，后期分期再按需擴容。兩者比較，熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源系統(tǒng)投資較低，無重復投資過程。

4 應用的維護成本分析

電網(wǎng)設(shè)備的維護關(guān)系到電網(wǎng)達到可靠性的水平，電網(wǎng)設(shè)備的維護成本所帶來的收益不僅僅直接體現(xiàn)在資金投入上，熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源系統(tǒng)可改變一體化UPS的全停電檢修維護的模式，實現(xiàn)在線快速維護，不僅可減少運維資金、時間、人力的投入，還可減少全停電故障風險，提高維護效率，大大降低變電站UPS電源的維護成本，從而帶來直接和間接的經(jīng)濟收益。

UPS電源系統(tǒng)帶來的效益，很大程度上體現(xiàn)在設(shè)備管理、設(shè)備檢修上。所有UPS電源系統(tǒng)設(shè)備日常需要按一定期限定檢，其工作量巨大，耗費大量人力、物力；熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源的使用可以使設(shè)備檢修時針對性更強，實現(xiàn)按單元檢修和快速故障處理，變故障修為狀態(tài)修，變停電維修為快速故障處理，減輕維護人員的勞動強度，縮短現(xiàn)場維修時間，減少現(xiàn)場操作人員數(shù)量，增強設(shè)備在線處理、快速處理能力。

通過熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源，各模塊合理分配負荷，還可以最大限度地控制UPS設(shè)備投資，有利于提高設(shè)備的安全和健康水平，延長使用壽命。

按一般變電站年度維護費用假設(shè)：某變電站每年UPS電源停電檢修、維護以及事故檢修直接費用3萬元，每年因檢修導致的停電損失為2萬元，共有60座變電站應用UPS系統(tǒng)。

如果把每年的直接經(jīng)濟效益產(chǎn)出定義為，則：

=（+）××. （1）

式（1）中：為每年因檢修導致的停電損失；為每年節(jié)約的設(shè)備維護費；為設(shè)備運行年限；為變電站的座數(shù)。

計算結(jié)果：=（2+3）×60=300萬元。那么，每年增加經(jīng)濟效益產(chǎn)出300萬元，運行時間越長，經(jīng)濟效益越明顯。

5 間接安全及社會效益分析

熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源可解決UPS故障停電檢修的問題，間接提高了其他設(shè)備的可靠性，減少了故障率。由于變電站分布管轄區(qū)域位置不同，一般與辦公地點有一段距離，熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源將減少現(xiàn)場運維時間，減少運維人員數(shù)量，間接地減少了一線人員的交通費用、工作強度，提升員工的工作質(zhì)量。除此之外，減少運維人員在變電站強電磁場中受輻射環(huán)境中的工作時間，對從業(yè)人員的身體健康更有著重要的意義，可以避免職業(yè)病、人為觸電事故的發(fā)生。

6 結(jié)論

采用熱插拔式高頻逆變并聯(lián)UPS電源可以很好地解決變電站UPS系統(tǒng)的擴容、維護問題。在電力系統(tǒng)設(shè)備中，采用類似先進實用技術(shù)，不僅能提高設(shè)備的安全可靠性，還能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，無疑是大勢所趨。

［1］粘來娥，翟繪景，耿慶申.變電站智能化的成本效益分析［J］.國網(wǎng)技術(shù)學院學報，2011（5）：1-5.

［2］楊樺，王宏波.全壽命周期成本設(shè)計分析及其在思居 110 kV變電站的應用［J］.電子世界，2014（3）：52-53.

［3］施放，張黎明.基于LCC的變電站改善維修成本——效益研究［J］.才智，2009（15）：248-249.

［4］段善旭，林新春.分布式逆變電源的模塊化及并聯(lián)技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［5］李杭軍，謝勇，桑亞林.串并聯(lián)諧振逆變器的設(shè)計［J］.揚州大學學報（自然科學版），2007（2）：38-41.

［6］王瑞祥，俞立天.IGBT超音頻電源并聯(lián)逆變器的過載保護［J］.電力電子技術(shù)，2005，39（2）：62-63.

［7］陳息坤.高頻模塊化UPS及其并聯(lián)控制技術(shù)研究［D］.武漢：華中科技大學，2005.

2095－6835（2019）02－0102－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.02.102

紀哲夫，男，廣東深圳人，高級工程師，主要研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護、直流電源系統(tǒng)技術(shù)研究與運行維護管理。彭岳云，廣東深圳人，工程師，主要研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護、電力電源新技術(shù)研究與應用。

〔編輯：嚴麗琴〕