UPS旁路调压变压器三篇

2024-05-31

UPS旁路调压变压器篇1

2009年12月, 某公司电气人员巡检发现一台在线运行120 k VA UPS处于报警状态, 并已自动切换至静态旁路。故障UPS回路见图1。

图中Main1、Main2为三相交流电源输入, Q1、QF1、Q4S、Q3BP、Q5N为UPS设备自身内置开关, Q10为用户负荷总开关。Main2、Q4S与静态开关回路为UPS自动旁路, Main2、Q3BP开关回路为UPS手动旁路。

为便于查找故障原因, 现场将UPS切换到手动旁路运行。经检查发现UPS整流单元控制板一取样电阻断路导致了此次故障发生。整流单元取样电阻故障后, UPS自动关闭整流单元, 负载由蓄电池、逆变单元供电, 当蓄电池放电到达设定值时, 静态开关动作, 自动切换至静态旁路状态 (由Main2供电) 。经厂家现场检修后, UPS恢复运行。2010年4月, UPS再次发出故障指示, 并自动切换至静态旁路状态。维护人员对UPS进行检查、测试, 未发现异常, 手动将其切换至整流、逆变状态 (由Main1供电) , 运行正常。3日后故障再次发生, 鉴于此UPS已在线运行13年, 多次发生“软”故障且其负荷非常重要, 即使负荷短暂失电, 后果也极为严重, 故决定予以在线更新。

2 UPS应用存在的问题

1) 观念错误, 片面理解UPS“不间断电源”的真正含义。

通常把UPS电源称作不间断电源, 其前提是UPS设备内的电子元器件及UPS自身的控制系统都能正常工作, 外部电源或蓄电池能提供充足的电能。严格来讲, U P S并不能称作为一种真正意义上的电源, 它只是通过电力电子进行电源转换, 其可靠性比真正意义上的发电机、变压器等电源要低很多, 之所以使用UPS, 是要用它来解决“晃电”问题, 确保生产装置供电系统发生断电等事故时, 其控制仪表能够正常显示和可靠动作。但UPS电源装置的整流器、逆变器、静态开关及控制单元都是由电力电子器件和电子器件组成, 可控硅、晶体管、大规模集成电路、IGBT管、电容等器件的寿命远比普通电气器件寿命短且无法通过一般的检测手段检测这些器件的工作状况, 由于这些因素, 造成UPS实际故障率不比一般电气设备低多少。

2) UPS未设置脱机检修旁路。

目前, 多数企业UPS应用回路未设置脱机检修旁路, 给UPS运行、维护带来许多问题, 主要表现在:

(1) UPS运行、维护要求每年应对UPS电池进行1次容量检查, 每1~3年对UPS检修1次。事实上由于大多数UPS没有设置脱机检修旁路, 而UPS一旦投运, 很难有停车检修机会, 这一点很难做到。有的企业1台大功率UPS设备, 对应多条生产线, 4、5年下来都没有停车机会, 每1~3年对UPS检修1次根本做不到, 对UPS设备运行状态也不清楚。其次, 处于运行状态的UPS进行电池容量检查也需冒较大风险, 10 k VA以下的UPS在运行状态进行电池容量检查就更难做到。虽然蓄电池是UPS设备中比较简单的部件, 但蓄电池的性能、运行状况是UPS系统中至关重要的环节之一。目前采用的蓄电池主要有2种:铅酸电池和镉镍碱性电池。大多数公司主要采用免维护铅酸蓄电池。免维护电池并非真正意义上的“免维护”, 一般有效运行寿命为5年。运行过程中, 须进行定期深度充放电、激发活性等检、维修工作。密封电池对环境温度、充电电流的大小与方式、充电纹波含量等比普通的敞开式电池有着更高的要求, 由于对密封电池运行维护经验的欠缺以及不能定期对蓄电池进行容量检测等原因, 多数企业UPS设备蓄电池组的运行状况极不理想。如电池组没有条件进行充放电及维护检测工作, 将逐渐导致其活性降低、内阻增大, 一旦电网失电, 蓄电池组起不到后备供电的作用, 放电失败, 就会失去使用UPS的意义。如UPS设置脱机检修旁路这些问题就能得以解决。

(2) 对UPS故障处理极为不利。UPS出现故障时绝大多数情况下静态开关能自动切换至旁路, 如果回路设计有脱机检修旁路, 就可以在不影响负荷正常工作的前提下手动投入脱机检修旁路, 将UPS退出运行, 从而从容地对UPS进行检查、检修甚至更换, 这是企业解决UPS难以检修的较好办法。脱机检修旁路设计参见图2。

图中, Q1、Q4S、Q3BP、Q5N及QF1开关为UPS设备自身标准配置, 浅线框内开关1Q11、1Q12、1Q13为新增脱机检修旁路, 不难看出, 通过改变1Q11、1Q12、1Q13开关工作状态, 可在保证负载供电不间断的前提下, 将UPS设备从系统中完全隔离出来, 便于进行相关试验、检修及在线更新 (此时整套UPS设备所有接线端子均可处于完全断电状态) 。

3 在线更换及改进措施

为保证在线更换UPS工作尽快成功实施, 立即根据现场实际情况着手制定故障U P S在线更换方案, 为便于操作, 在线更换UPS新增了一开关回路1Q15。另一方面, 按UPS带脱机检修旁路对新购UPS进行安装、调试及UPS蓄电池放电试验。安装、调试工作结束后, 新增UPS进行了空载试运行。新增UPS回路图如图3所示。

无脱机检修旁路故障U P S在线更换方案要点是: (1) 故障U P S与新购置U P S旁路电源 (图1中的Main2、图3中的工作电源2) 须取自同一变压器的低压侧母排。 (2) 在线更换时故障UPS与新购置UPS均工作在旁路状态。 (3) 通过图1备用回路开关QF倒馈电来实现对负荷的不间断供电。

具体操作步骤如下 (新购置UPS处于断电状态, 故障UPS处于手动旁路状态) :

(1) 确认图3UPS配电柜1Q11、1Q12、1Q13、1Q15空气开关在分闸位置。

(2) 确认图1UPS配电柜QF处于断开状态;用电缆将QF出线端与1Q15空气开关出线端相连。

(3) 给图3中的工作电源2送电。

(4) 合上图3新UPS配电柜1Q15空气开关。

(5) 在图1QF开关上下端进行核相, (如果需要调相, 断开1Q15开关, 在1Q15开关出线处调相, 然后合上1Q15开关) 确认无误后, 合上QF开关。

(6) 断开图1UPS配电柜Q10开关。

(7) 断开图1UPS旁路电源Q3BP空开;确认故障UPS输出端无电。

(8) 断开图1Main1、Main2输入电源。

(9) 验电后, 将图1Q3BP/Q5N开关出线电缆改接至图3中的1Q12/1Q15开关的出线侧 (注意相序) 。图中虚线表示新旧UPS在线切换操作时临时使用。

新增UPS切换操作步骤:

(1) 确认图3新增UPS设备Q1、QF1、Q3BP、Q4S、Q5N空气开关在分闸位置。

(2) 合上图3新增UPS配电柜1Q11、1Q13空气开关。

(3) 合上图3新增UPS配电柜维修旁路Q3BP空气开关。

(4) 在图1UPS配电柜Q10空气开关上下端进行核相, 确认无误后, 合上Q10。

(5) 断开图1UPS配电柜QF开关及图3新增UPS配电柜1Q15空气开关。

(6) 合上图3新增UPS旁路电源空气开关Q4S及负载输出开关Q5N (等待新UPS自动旁路指示灯亮) 。

(7) 断开图3新增UPS配电柜旁路电源空气开关Q3BP。

(8) 送图3新增UPS配电柜工作电源1。

(9) 合图3新增UPS开关QF1。

(10) 合图3新增UPS开关Q1 (等待新UPS整流指示灯亮) 。

(11) 按新增UPS启动按钮 (等待新UPS负载受保护指示灯亮) 。

(12) 拆除QF、1Q15开关下端电缆, 操作完毕。

UPS旁路调压变压器篇2

UPS系统，即为不间断电源系统，是一种含有储能装置、以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。三号线二期工程加装后每站有3个控制UPS功率模块（体育西路站6个），共18个站，57个控制UPS功率模块。但自加装工程完成以来，控制UPS系统故障频发。

图1 三号线屏蔽门控制UPS系统主机及其功率模块

三号线屏蔽门控制UPS系统使用马来西亚PK的US9001系列UPS模块，采用模块化N+1的冗余备份功能。系统中的所有模块均是并联工作的，负载平均分配在每个模块上，每个模块拥有自己的一组元器件并独立工作，每组元器件只需承担整个负载容量的一部分，如果其中一个器件出现故障，也只影响这个模块，而系统中的其它模块将继续工作。一旦其中一个模块故障或被移走，剩下的模块将继续工作并立即自动地平均分担负载。各个模块通过通讯板相连。每个模块有3块7AH、12V的蓄电池提供内部电源，电池组装入模块内部里。

为保证UPS不间断供电，控制UPS系统能够进行在线式维修，并且在维修过程中不会对屏蔽门系统的正常运作做出影响。为此，控制UPS系统具有旁路功能，设置内置式自动旁路及内置式维修旁路開关。

整个控制UPS主机与一组共50个8.5AH、12V的蓄电池连接，当市电失电或电压波动超UPS限定范围时，转由电池组供电，直到市电恢复正常。电池组耗完容量后会自动跳到市电回路供电。

二、工作原理

三号线屏蔽门UPS系统工作原理如下：当市电正常供电时，市电通过变压后向控制UPS系统供电，经UPS系统整流稳压后，向上、下行屏蔽门控制回路电源模块供电，而上、下行屏蔽门控制回路电源模块分别给上、下行110V直流电源模块、MMS监控主机供电。而110V直流电源模块再分别向下面4组控制回路（屏蔽门自动模式、安全回路、PSL模式、IBP指令回路）供电。

图2 三号线屏蔽门控制UPS系统原理图

市电向UPS系统供电的同时，还通过充电机向与控制UPS主机连接的蓄电池组充电。系统具有对蓄电池限流充电、过放电保护等功能。当市电失电或电压波动超UPS限定范围时，转由电池组供电，直到市电恢复正常。

三、存在问题

虽然三号线屏蔽门控制UPS系统具有整流稳压、不间断供电等优点，但仍存在一定问题。仅今年以来，三号线共发生3起因控制UPS系统故障导致屏蔽门出现无法联动列车开关门的故障，严重影响日常运营。

①控制UPS系统内置自动旁路功能，可以在UPS模块故障时自动切换至旁路，由市电或蓄电池组向系统供电。但当控制UPS主机故障时，由于旁路功能内置于主机内，主机故障死机时导致系统无法切换至旁路功能，使得屏蔽门控制回路市电，造成故障影响进一步加剧。

②当市电电压不稳时，容易导致控制UPS系统的输入总开关误跳闸，此时虽然可切换至蓄电池供电，且恢复简单，影响不大，但当蓄电池电能耗尽，或者同时多站误跳闸或一段时间内数次误跳闸，将对屏蔽门系统正常运作带来严重隐患，同时亦给维修人员带来极大的工作压力。

由于控制UPS系统是屏蔽门系统的重要组成部分，UPS系统出现故障将直接影响屏蔽门正常运作，我部经过对上述问题的讨论分析，研究了整改方案。

四、改进方案

由于三号线现有的控制UPS系统自带的旁路装置无法在系统完全死机的情况下转至市电输入，无法满足实际生产所需。针对上述三号线屏蔽门控制UPS系统存在问题，我部对其系统的工作原理进行分析，设计了在控制UPS系统完全死机或无法输出的情况下转至市电输入的自动旁路系统。如下图所示：

图3 三号线屏蔽门控制UPS系统加装自动旁路装置原理图

该装置能在控制UPS系统死机无输出的情况下，自动转为市电供电。控制UPS系统正常情况下，KA和KM1继电器得电，KM2失电，KM1常开触点闭合，KM2常开触点打开，屏蔽门控制回路由控制UPS系统供电;当控制UPS系统故障导致无输出时，KA和KM1继电器失电，此时KM2得电，KM1常开触点打开，KM2常开触点闭合，屏蔽门控制回路转为市电直接供电。现场安装效果如下：

图4 市桥站加装后的屏蔽门控制UPS系统自动旁路装置

该装置具有以下优点：

①自动旁路功能主要由接触器实现，切换时间短，当控制UPS系统故障时能快速切换至旁路，由市电输入，保证屏蔽门系统稳定供电。

②自动旁路装置使用材料简单，成本较低，安装简单。整个装置与原系统仅有6点相连，可在白天完成装置接线，待晚上运营结束后在控制UPS系统上接线安装，安装需时短，不影响翌日运营。

③自动旁路装置工作原理简单，方便理解，可通过观察KA接触器是否亮灯即可判断控制UPS系统是否旁路至市电输入，方便日常检修。

不足之处及改进措施：

虽通过上述方案，使控制UPS系统故障得以控制，并大大减少控制UPS系统故障对运营的影响，但由于加装的自动旁路装置采用的接触点及硬线连接的结构，切换时间较长（>100ms），使得屏蔽门系统控制回路供电会有一瞬间中断。存在引发下级控制回路故障的可能性。

目前我部正与UPS电源厂家协商，探讨三号线屏蔽门UPS系统改造的可能性，其中讨论了将UPS系统自动旁路装置改为STS静态转换开关，所有切换都是快速的完成（<8ms），主备电源之间不会产生冲击电流，保证屏蔽门控制系统电源稳定输入。

五、总结