台达P系列UPS在电力系统的应用方案

在电力系统中, 有很多要求较高的重要设备,如: 电厂DCS系统﹑OA系统﹑锅炉安全监视系统

数字式电液调节器﹑汽轮机旁路系统﹑脱硫监控系统及主体工程除灰系统以及其它自动保护装置,为了保证对供电可靠性要求较高的重要设备正常工作,发电厂和变电站均须安装UPS.以下特别介绍台达P系列UPS在电力系统的应用方案.

        一  用户需求

      1. 发电厂2×135MW机组须增加交流不间断电源 系统,UPS主机容量为60KVA,机组控制方式为DCS控制,UPS主要向以下设备: DCS系统、汽轮机数字电液调节系统、汽轮机监视仪表，汽轮机保护跳闸系统、火灾报警系统、以及其它自动和保护装置等进行供电。且须保证任何一台UPS有故障都能保证以上重要负载的持续供电.

      2.发电厂本身装有直流操作电源系统,输出为DC220V,为了充分利用直流操作系统中蓄电池中所存储的能量,及减少投资,要求供应的UPS系统需保证在DC220V输入的情况下输出所需的交流电能.

      3.发电厂里由于有电动机,继电器,等设备,机易产生电磁干扰,所以要求供应的UPS系统具有很强的抗干扰能力.

      4.要求UPS系统有超宽的输入电压范围,输入电压范围380+/-25%,旁路输入电压: 交流三相四线制 380VAC-15%~380VAC +15%.

      5.要求UPS系统输出为单相交流电压为220V,无论瞬时0~100%负载变化还是稳态输出的电压稳定性为+/-1%.

      6.要求UPS系统具有超强的过载能力, 超载200%:10秒,150%：1分钟， 125%：10分钟，110%:连续工作.

      7.因发电厂环境较恶劣, UPS主机柜内之配套元器件，旁路系统及馈线柜内的组件，如：接触器、继电器、熔断器、断路器等类似的设备应具有封闭的外壳，UPS外壳防护等级须达到IP42.其安装应便于维护和检修，能在系统正面完成所有维护及检修,MTTR<0.5小时.

 8.要求具有多种通讯接口,至少包括RS232,RS485,故障干接点.

 二   方案设计

    根据用户需求,确定采用台达P系列电力专用UPS径行方案设计,因用户要求任何一台UPS出现故障都能保证供电的持续性,采用两台60KVAUPS径行1+1冗余并联方案.(如图一),

                                                如图一  并联1+1冗余设计方案图

并联的工作特点为正常运行时两台UPS平均分担负载，各带50%的负荷。当其中一台UPS发生故障，在并机控制系统的调控下，将故障UPS退出运行，非故障UPS将带100%负荷（实现无间断、无扰动的快速切换）继续为重要负载提供纯净电源.此方案可确保任何一台UPS发生故障都可保证有电源输出,赢得故障机的维修时间.

方案设计说明

首先,说明此方案所需配置的设备,设备间要描述如下.

然后,说明各设备系统设计.

1.UPS主机的主要技术参数

1.1 输入技术参数

额定输入电压：AC380V / 400V / 415V

额定输入范围：AC300V～AC520V

额定输入频率：50Hz / 60Hz±10%

直流母线电压：DC220V

输入功率因素：0.8～1.0

软启动：0%～100%：15sec

整流器效率：＞99%

1.2 输出技术参数

输出容量：60kVA

输出波形：正弦波

输出电压：AC220V / AC230V

输出电压精度：＜±1%（稳态，瞬时均为＜±1%，恢复时间＜10ms）

输出频率：50Hz / 60Hz±0.1%（稳态，瞬时的输出频率精度均为＜±0.1%）

输出电压最大失真度：＜3%

超载能力：  ≤110%   连续     连续

            125%       10分钟

            150%       1分钟

            200%       10秒

            500%       2秒（峰值）

1.3 静态开关技术参数

额定电压：1600V

最大连续额定电流：330A

最大瞬时电流有效值：9500A

切换时间：＜0.5ms，实际仅为可控硅模块的导通时间

1.4 整机特性

工作环境：温度：-10℃ - 40℃ (14℉ - 104℉)

          湿度：0% - 90% (无凝结)

          海拔：<2000M 海平面以上

          外壳防护等级：IP42

噪音：< 65dBA (屏柜正面1米处)

短路保护：整流器、备用电源、旁路开关

雷击保护：MOV

EMC滤波：输入 & 输出

隔离：输入 & 输出

LCD数据显示：YES

报警指示：声光报警，干接点监控等

具有良好的报警追溯性

2 UPS主机的可靠性设计说明

2.1 元器件的可靠性设计

u      所有元器件均为降额使用，确保设备硬件的可靠性。

u      采用世界知名品牌，并经过严格的筛选和测试，保证每一个部件（组件）都能在最大限度上为系统提供可靠性保证。

2.2 可靠性的设计策略

u      采用模拟硬件与CPU完全互为备份设计，保证了设备在异常情况下的可靠性。

u      设备控制电源的供给采用三套冗余的方案，提高了可靠性。

u      在设备的中设计了专用的电路保证在任何情况下可用蓄电池启动，避免了蓄电池组的过电流损坏。

u      散热风扇采用冗余配置，保证了设备的热特性，提高了可靠性。

u      采用散热风扇转速智能化控制设计，风扇转速可根据负载大小自动调整，有效延长了风扇的使用寿命。

u      功率单元采用模块化设计，实现功率级N+1备份，提高了设备的可靠性，缩短了设备的维修时间。

u      采用双组静态开关设计，即使一组故障，另一组仍然可以保证正常运行，提高了可靠性。

u      采用DSP芯片做主控制器，设备的动态响应速度很高，确保设备输出电压稳定、精确。

u      主功率器件采用IGBT，提高了设备的可靠性。

u      控制软件采用模块化设计，提高了软件的可靠性。

u      在软件设计中充分考虑了各种边界条件，如在正常工作过程中如误合维修旁路开关，自动转为市电旁路，不会造成负载断电、设备故障等，提高了使用可靠性。

u      在软件设计中，对设备的运行状态有数据记录，具有良好的故障追溯性，可记录超过150条历史事件。

u      输入、输出及旁路的超隔离设计，提高了设备的抗干扰能力，提高了可靠性。

3 UPS主机接口设计说明

3.1 硬件接口

1)        设有一个RS232和4个RS485界面，通过这些接口可检测：输入电压、输出电压、输出频率、电池电压及温度等。

2)        开关量接口（八组报警干接点）

开关量使用八组干接点端子来连接，这些端子在正常情况下是开路的，当有情况发生时，这些端子会被接通(短路)，这些干接点的最大额定工作电压是16A／250VAC（16A/30VAC）。下列介绍各点状态：

●         电源异常干接点：当主电源（整流器电源）、备用电源、电池输入电源当中任一路发生掉电、输入低压或交流相序不正确，频率不正确时此干接点吸合。

●         超载干接点：UPS输出所接负载超载时吸合。

●         UPS异常干接点：当发生如下情况（UPS输出出现高/低频率或高/低电压、整流器输出高电压、保险丝断掉/温度异常、超载锁机、输出短路、紧急停机、逆变器损坏、维修开关启动锁机）时此干接点吸合。

●         静态旁路开关开启干接点：当静态开关转换为由备用电源供电给负载时此干接点吸合。

●         维修开关开启干接点：当手动维修旁路开关处于开启状态时吸合。

●         整流器异常干接点：当整流器发生故障时吸合

●         电池高/低压报警干接点：当电池输入发生高压或低压时吸合。

●         综合报警干接点：可以综合反应以上干接点状态之综合干接点。配合板上指拔开关，可选择几种干接点进行“或”。

干接点所在的3R PCB板接口位置如下图标：

3)     配置SNMP卡可实现网络接口。

4)     支持外界调制解调器硬件接口。

3.2 软件接口及通讯协议

1)     网络接口，支持TCP/IP等网络协议。

2)     采用串口时，支持MODBUS通讯规约。

4.UPS主机的机柜设计

机柜设计是否合理直接关系设备的安全性和可靠性。

(1) 我方提供的台达UPS装置采用封闭立式一体化机柜设计，所有部件均安装在一个机柜中；柜子前部设有操作面板、模拟状态显示接口和液晶显示接口；机柜外壳为重载型钢结构，结构紧凑美观，外壳防护等级：IP42。可根据用户要求选择上进线或下进线方式。机柜防尘、防滴水、防腐、防潮、防结露、防昆虫及啮齿动物，能耐指定的高、低温度以及支承结构的振动。

(2) 柜外表面光滑整洁，没有焊接，铆钉或外侧出现的螺栓头，整个外表面端正光滑。有足够的强度能经受住搬运，安装和运行期间短路产生的应力。

(3) 独特的控制电路及功率电路风道分离设计，确保机柜将高防护性和卓越的散热性相结合。

(4) 外部电缆可从盘的底部进入，当仅需从盘下面安装维护时，可靠墙安装。

5 旁路隔离稳压柜---UBP-60K

²     高可靠性：在出厂前经过严格的质量检验，通过高周波、冲击电压、耐压、超载、高温、输出平衡、稳压精度等方面的严格测试以确保质量。

²     采用微机稳压控制：适合各种负载，确保具备最佳稳压效果。

²     自我侦测功能：配合液晶显示接口，用户可随时监控机器使用状况；异常情况发生时，根据报警指示灯提示，可迅速排除异常。

²     模块化设计：大幅缩短维护、维修时间，提供最佳质量保证；

²     采用感应式稳压器：输出电压稳定精确，无论工作于任何恶劣环境，均可保证输出电压精度＜±1%；采用日制高磁束硅钢片，使空载损失、负载损失、无载电流减至最低，使稳压器发挥高性能，减少电力损耗；输出无任何干扰信号产生。

²     手动旁路装置：当稳压器因为保养或维修需置于旁路状态时,可手动转旁路输出；

²     多段过高或过低保护装置：为适合各种负载特性要求及解决电源变化剧烈等问题,本机具备多段调整保护功能,可依实际状况做最佳选择设定。

超强超载能力设计：150%瞬间超载时,本机仍可正常工作不受影响,极适合启动电流较大的设备。

6.馈线柜-DP-60K

   可根据用户所要求设计相应的回路数,选用施耐德或ABB断路器.此方案采用了16回路,选用ABB断路器,并选购了电量变送器,可把电流/电压/频率信号转换4~20mA信号,4~20mA信号是DCS控制系统可接受的信号,这样就实现整个发电机组及UPS都接受DCS的监控,实现数字化电力系统.

三. 本方案设计的显著特点

1.        DELTA  P系列UPS设备在功率级采用冗余设计，安全可靠性高。

2.        DELTA  P系列UPS设备在控制电路的设计中，采用硬件及DSP双重备份，安全可靠性高。

3.        DELTA  P系列UPS设备具有多种与上级设备接口形式（仿真量、数字量及RS232、RS485），RS232、RS485支持MODBUS通信规约。

4.        DELTA  P系列UPS设备是台达结合中国电力实际情况所开发的产品，台达针对中国地区用户所专门设计、制造的全汉化显示接口，操作简单、直观。

5.        DELTA  P系列UPS设备针对中国国内情况，设计为可接受超宽的交流输入电压输入（AC300V～AC520V），根据实际工程经验，在电厂实际使用中，厂用电（AC380V）会比标称高的很多，甚至可达AC420V～AC440V，一般的设备已经保护。

6.        DELTA  P系列UPS设备对维修旁路架构进行了优化设计，采用智慧化控制，特殊的侦测回路可以确保维修旁路开关闭合时，逆变器输出自动停止，确保在任何状态下闭合或误操作都不会造成UPS输出断电和损坏。

7.        DELTA  P系列UPS设备无严格的开机程序（别的设备一般有严格的开机程序，当开机顺序不对时，可能造成UPS设备损坏），任何误操作均不会造成UPS设备损坏，操作简单，安全、可靠。

8.        DELTA  P系列UPS设备具有直流冷启动功能，在无市电输入的紧急情况下，可通过蓄电池直接启动UPS。

9.        DELTA  P系列UPS设备采用可插拔的模块化设计方案，设备的维护性好（维修时间＜0.5小时）。

10.    DELTA  P系列UPS设备采用隔离风道设计，功率部分与控制部分采用不同的风道，确保系统具备良好的散热性，同时可有效防止灰尘对设备的控制部分造成影响。

11.    DELTA   P系列UPS设备采用智能风扇转速控制设计，风扇转速可根据负载状况自动调整，有效延长风扇寿命，提高设备可靠性。