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產(chǎn)品分類

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科普知識
數(shù)據(jù)分類:
交流同步電動機(jī)

關(guān)于大型火電機(jī)組UPS供電可靠性的探討

發(fā)布日期:2022-04-17 點擊率:84

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 大型火電機(jī)組自動化程度高,熱工微機(jī)控制系統(tǒng)及其它安全控制裝置對工作電源的連續(xù)性要求很高,因此需要配置交流不間斷電源(UPS)。UPS電源對機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要,如何提高UPS的可靠性,是現(xiàn)場工程技術(shù)人員經(jīng)常思考的一個問題。
   筆者以盤山發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡稱盤電)2×600 MW機(jī)組UPS系統(tǒng)為例,就大型火電機(jī)組UPS在設(shè)計、產(chǎn)品質(zhì)量、維護(hù)管理上存在的諸多問題進(jìn)行探討,提出了一些改進(jìn)意見。
 
1  系統(tǒng)簡況
 
    盤電安裝了3臺相同容量的瑞士GUTOR公司生產(chǎn)的UPS,構(gòu)成n+1配置方案。即單臺機(jī)組單臺UPS配置,同時,為2臺及以上機(jī)組配置1臺同容量的公用備用UPS。UPS型號為PEW1080-220/220-EN,容量為80 kV·A。
    UPS系統(tǒng)正常運(yùn)行時需要3路輸入電源:主電源、旁路電源及直流電源。運(yùn)行方式分4種:主電源正常運(yùn)行方式、直流電源運(yùn)行方式、旁路運(yùn)行方式和后備運(yùn)行方式。
    正常時,負(fù)荷由主電源經(jīng)過該系統(tǒng)的整流器、逆變器提供。主電源故障時,自動改為由直流電源經(jīng)逆變器供電。逆變器或直流電源故障時,UPS通過靜態(tài)開關(guān)自動轉(zhuǎn)換成旁路電源供電。UPS維修時,可通過先通后斷的手動旁路開關(guān)由旁路電源直接向負(fù)荷供電。正常運(yùn)行時3,4號機(jī)UPS的旁路電源由備用UPS提供。當(dāng)備用UPS故障或檢修時,旁路電源改由3號機(jī)保安B段(稱后備旁路電源)提供,見圖1。
 
2  該系統(tǒng)主要優(yōu)缺點
 
2.1  該UPS系統(tǒng)不自帶蓄電池
    廠用電系統(tǒng)有完善的直流系統(tǒng)及大容量的蓄電池組,在蓄電池容量計算時已考慮了UPS負(fù)荷,可保證交流電源停電時繼續(xù)向負(fù)荷供電0.5 h以上,因此UPS系統(tǒng)不需要自帶較大容量的蓄電池。這不僅降低了設(shè)備造價,也減少了檢修、運(yùn)行維護(hù)蓄電池的費用。
2.2  逆變器與廠用直流系統(tǒng)的配合
    該UPS的逆變器額定輸入電壓是220 V直流,在保證輸出數(shù)據(jù)時,輸入電壓允許范圍在-15%~+20%;在保證性能時,輸入電壓允許范圍在±25%。根據(jù)規(guī)程規(guī)定,發(fā)電廠直流動力系統(tǒng)允許的電壓波動范圍為87.5%~112.5%,直流系統(tǒng)的參數(shù)計算與設(shè)備選型也按此進(jìn)行,這個電壓范圍在正常工作和允許的事故放電時間內(nèi)是可以得到保證的。因此,該逆變器的直流輸入電壓完全適應(yīng)這個范圍并留有一定裕度。同時,為了避免正常工作時蓄電池放電,整流器的輸出電壓高于直流系統(tǒng)電壓波動的上限,并加裝了二極管以防止整流器向蓄電池充電。
2.3  旁路電源設(shè)置了隔離變壓器和穩(wěn)壓變壓器
    考慮到廠用電電壓一般偏高,而且用電設(shè)備的頻繁啟動勢必影響電壓質(zhì)量,因此加裝了調(diào)壓穩(wěn)壓器,以改善旁路電源的電壓質(zhì)量作用。同時廠用380 V電源系統(tǒng)是中性點接地系統(tǒng),而DCS、DEH等熱工負(fù)荷不希望與電氣共用接地點,因此加裝了隔離變壓器,以使兩系統(tǒng)不產(chǎn)生電的聯(lián)系。
2.4  兩用一備方式的缺點及其原因
    目前,國內(nèi)UPS系統(tǒng)的設(shè)計無統(tǒng)一規(guī)范,因此造成國內(nèi)大、中型火電機(jī)組UPS配置出現(xiàn)各種不同方案,即使同容量機(jī)組的UPS配置方案也不盡相同。
    盤電建廠之初,根據(jù)《電力工程設(shè)計手冊》中所舉600 MW機(jī)組UPS配置范例,采用單臺機(jī)組單臺UPS的“一對一”配置方案。該方案系統(tǒng)簡捷,投資少,但是存在2個問題。
    (1) 旁路電源的供電可靠性較低。當(dāng)UPS故障或檢修時,在UPS裝置靜態(tài)開關(guān)已切換至旁路運(yùn)行的情況下,一旦保安段母線失壓,將會面臨UPS負(fù)荷母線失電。
    (2) 如UPS裝置發(fā)生系統(tǒng)故障(整機(jī)故障)或靜態(tài)開關(guān)故障,此時旁路電源即使完好無損,也無法從主機(jī)切換至旁路上投入運(yùn)行,導(dǎo)致系統(tǒng)供電中斷。
    出于對機(jī)組的安全考慮,對原UPS系統(tǒng)進(jìn)行改造,采用“n+1”配置方案,增設(shè)1臺公用備用UPS。此方案在投資相對少的情況下,實現(xiàn)了UPS備用冗余,提高了旁路電源的供電可靠性。但此方案無法解決第2個問題,因為1臺UPS同時兼做2臺機(jī)組的旁路電源時,如果任意1臺UPS發(fā)生系統(tǒng)故障(整機(jī)故障)或靜態(tài)開關(guān)故障,此時即使備用UPS完好無損,也無法從主機(jī)切至旁路投入運(yùn)行,導(dǎo)致系統(tǒng)供電中斷。
    同時,采用兩用一備方式也帶來了新的問題,即在整個供電過程中,有1臺UPS長期閑置不用,處于空載狀態(tài),設(shè)備使用率低。另外,1臺設(shè)備長期處于空載運(yùn)行狀態(tài),一旦出現(xiàn)切換,尤其在負(fù)荷大時,整流器和逆變器將受到大電流沖擊,對設(shè)備不利。
    針對這種情況,建議有關(guān)部門盡快統(tǒng)一、完善不同容量火電機(jī)組的UPS設(shè)計方案,減少工程設(shè)計的隨意性,減少不必要的浪費,提高UPS系統(tǒng)的可靠性。
2.5  避免對UPS認(rèn)識的盲目性
    正常情況下UPS由機(jī)組PC段供電,當(dāng)PC段中斷時,逆變器在機(jī)組蓄電池支持下繼續(xù)向負(fù)載提供不間斷的電源。若直流電源再有故障或裝置內(nèi)部逆變器故障,靜態(tài)開關(guān)進(jìn)行快速切換,轉(zhuǎn)由旁路電源供電。3路不同型式的獨立電源和靜態(tài)開關(guān)共同構(gòu)成了UPS的可靠供電體系。因此UPS作為不間斷電源,通常認(rèn)為其可靠性是很高的。但這種認(rèn)識可能會對UPS產(chǎn)生盲目性。因為每臺UPS的監(jiān)測控制系統(tǒng)只有1個,它是UPS裝置的“神經(jīng)中樞”和指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障,如控制邏輯板或控制回路設(shè)備故障,將導(dǎo)致UPS整機(jī)故障停電。從這一點看,UPS并非完全意義上的“不間斷電源”,它也有故障的可能,只是故障的幾率較低而已。另外,UPS母線負(fù)荷分支開關(guān)回路也有發(fā)生故障的可能。所以,為了防止機(jī)組UPS故障或UPS負(fù)荷開關(guān)回路故障,對UPS的所有重要負(fù)荷電源均設(shè)計為相互備用冗余,且2路互備冗余電源應(yīng)取自不同的電源系統(tǒng)。所謂重要負(fù)荷電源是指短時失電即可造成機(jī)組故障停機(jī)的重要保護(hù)、控制、監(jiān)測用負(fù)荷電源。實踐證明,采取這一措施是非常有效的。
 
3  改善、加強(qiáng)對火電機(jī)組UPS的維護(hù)管理
 
    作為電氣設(shè)備UPS裝置在火電機(jī)組的應(yīng)用時間還比較短,它不像典型的電氣一、二次設(shè)備那樣有明確的專業(yè)歸口管理,也缺少統(tǒng)一、成熟的檢修維護(hù)管理規(guī)范和條例。目前,盤電UPS裝置雖歸電氣專業(yè)管理維護(hù),但因其內(nèi)部的一、二次設(shè)備互相關(guān)聯(lián)交叉,小專業(yè)界面較難分清,加之對UPS可靠性的盲目認(rèn)識,容易造成對UPS的一些部件、元件乃至整機(jī)的失修,出現(xiàn)檢修維護(hù)工作上的死角。這是影響UPS供電可靠性的另一個主要因素。針對這一情況,建議采取以下措施。
    (1) 加強(qiáng)火電機(jī)組UPS專業(yè)管理,盡快明確專業(yè)管理歸口。
    (2) 由于UPS設(shè)備復(fù)雜、技術(shù)含量高,建議對其核心技術(shù)部分以制造廠家為技術(shù)依托,與其簽定長期的維護(hù)服務(wù)合同。但必須明確UPS設(shè)備及系統(tǒng)的安全責(zé)任主要在于電廠,避免出現(xiàn)管理漏洞。
    (3) 加強(qiáng)設(shè)備技術(shù)管理,明確設(shè)備分工,把責(zé)任制落到實處,使UPS的維護(hù)管理不出現(xiàn)死角。
    (4) 根據(jù)設(shè)備用戶手冊,結(jié)合設(shè)備特點,制定設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)、檢修規(guī)程、條例和定期工作制度。定期開展試驗、傳動、清掃和其它維護(hù)工作。對于裝置內(nèi)部的各種元件,如廠家無詳細(xì)規(guī)定,可套用電力系統(tǒng)同類設(shè)備的檢驗、試驗、維護(hù)規(guī)定和條例進(jìn)行維護(hù)和管理。
    (5) 配備必要的備品配件,特別是控制板等控制回路設(shè)備,應(yīng)有足夠數(shù)量的備品。
    (6) 加強(qiáng)電力用UPS運(yùn)行環(huán)境的管理,UPS配電室的溫度、濕度、粉塵濃度以及電磁干擾等指標(biāo)均應(yīng)滿足產(chǎn)品要求,避免因為環(huán)境原因造成電子線路板出現(xiàn)問題。

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