一体化不间断电源应用与备用电源容量选择

【摘要】本文简要说明一体化不间断电源设备的功能和应用，分析了对一体化不间断电源设备备用电源的要求，并对标准内容的完善和一体化不间断电源设备中的备用容量选择提出原则建议。

【关键词】一体化不间断电源；备用电源；备用容量

DL/T1074-2007《电力用直流和交流一体化不间断电源设备》（下称《标准》）已于2008年、实施。该《标准》对一体化不间断电源（下称一体化电源）设备包含的电源部件比较明确，但对一体化电源设备的总体技术指标和数据表述不甚清楚，且对一体化电源的应用范围没有明确规定，对一体化电源设备中涉及部分电源部件的相关设计专业和管理部门之间尚存在一定的争议。本文除了讨论一体化电源设备的功能和应用以外，对《标准》内容的完善以及一体化电源的应用提出一些建议。

1.一体化电源设备及其功能

1.1 一体化电源设备的含义

一体化电源设备，是将直流电源、电力用交流不间断电源（UPS）、电力用逆变电源（INV）和通信用直流变换电源（DC/DC）等电源装置组合为一体，共享直流电源的蓄电池组，并统一实施监控的成套电源设备。一体化电源设备的输入电源包括交流电源和直流电源两种。一体化电源设备的输出负荷一般包括直流负荷、交流不间断电源供电的设备负荷、电力用逆变电源供电的设备负荷、通信用直流变换电源供电的设备负荷。

1.2 一体化电源设备的功能

一体化电源设备具有一套公用的蓄电池组，它能同时为一体化电源设备的全部输出负荷提供电源，满足全部负荷容量和供电时间的要求。在正常运行方式下，该电源设备由交流电源供电，蓄电池处于浮充备用状态；当交流电源故障停电时，蓄电池为全部负荷提供电源。所以，一体化电源设备的备用电源至关重要，应保证其在全部工作过程中，不能须臾停电。

1.3 一体化电源设备的基本参数

1）供电容量：包括交流供电容量和直流供电容量（供电持续时间）。

2）供电电压：包括交流供电电压和直流供电电压。

3）供电输入电流：包括交流供电输入电流和直流供电输入电流。

4）供电负荷：包括负荷名称和负荷容量，供电负荷输出电压和额定电流。

5）直流电源端子至负荷出口端子的电压降。

2.一体化电源设备的应用

2.1 应用的基本原则

1）一体化电源设备是共用备用电源的综合性电源装置，所以其电源单元和负荷单元的电气性能、机械性能以及输入、输出和中间接口应符合国家标准的要求。

2）接入一体化电源设备的负荷类别、容量范围、电压等级以及负荷特性应满足一体化电源设备的规定。

3）接入一体化电源设备的输入电源和输出负荷导体型式、导体截面和中间连接导体截面应符合一体化电源设备规定的要求，应满足正常运行和事故情况下备用电源导体允许压降的规定。

4）一体化电源设备的运行维护和试验应符合一体化电源设备的规定。

2.2 应用的基本条件

1）应用一体化电源设备应有利于电源安全可靠性的提高，有利于自动化、智能化水平的提高，有利于运行维护水平的提高。

2）一体化电源设备涉及应急电源的范畴，所以其应用实施应经过各参与专业充分的协商和进行安全性的科学论证，并由建设、设计、维护方共同组织，有制造、设备供货方参加制定相应的实施规范。

3）电源系统和各负荷单元应具备完善、可靠、有选择性的保护装置，任何单元局部故障不得影响和危及整个电源系统正常工作。

4）一般情况下电力系统中的控制、应急等电气负荷是一体化电源设备的基本负荷，当非电气负荷较小、占基本负荷的比例较低、且供电时间无特殊要求时，可采用一体化电源设备。现阶段，110kV及以下的小型变电站，由于通信负荷小，可采用一体化电源设备。对于110kV的重要变电站、220kV及以上的大中型变电站和火力发电厂，由于通信、热工等非电力负荷较大，不宜采用一体化电源设备。

3.对一体化电源设备备用电源的要求

一体化电源设备的核心问题是其备用电源的特性、容量及其供电持续时间。对备用电源的要求是放电平稳、持续时间长、使用寿命长、正常运行免维护或少维护。多年来电力系统中一般采用铅酸蓄电池，目前普遍采用的是阀控密封式铅酸蓄电池。

下面以220kV及以下的变电工程为例进行讨论。

3.1 电气负荷及对其供电时间的要求

电力工程中电气负荷包括保护、控制，事故照明，不间断电源，DC/DC变换等，这都与变电工程的容量、规模有关。

35～220kV变电站电气负荷统计见表1。

对于有人值班变电站，电气负荷要求备用电源供电持续时间为1h，对于无人值班变电站，则要求为2h。

3.2 通信负荷及其对供电时间的要求

电力工程中通信负荷包括系统通信负荷和站内通信负荷，主要有光传入设备，调度数据网、综合数据网、通信终端以及机房环境动力监控系统等负荷。通信负荷与通信网络和设备的容量、规模有关。

35～220kV变电站通信负荷统计见表2。

对于有人值班变电站，通信负荷要求备用电源供电持续时间为1h，对于无人值班变电站则要求为2h。

3.3 有关标准规定的供电持续时间

根据电力行业标准DL/T5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》、DL/T5391-2007《电力系统通信设计技术规定》和DL/T5225-2005《220kV～500kV变电所通信设计技术规定》的规定，直流系统交流电源故障，蓄电池单独供电的持续时间各自规定如表3所示。其中标准DL/T5225-2004原规定：无人值班站的蓄电池单独供电持续时间不少于8～12h，与标准DL/T5391-2007的规定1～3h相悖，本文统一取值为1～3h。

由表3可以看出，当电气专业与通信专业各自按照自身要求独立装设蓄电池直流系统时，各自相关的标准规定其蓄电池单独供电的持续时间各不相同，且有较大差异。当变电站内设置一套综合的直流电源，即采用本文所述的一体化电源设备时，只能采用一组共用的蓄电池组，其单独供电的持续时间可根据下列原则选择。

1）当变电站规模较大，且在系统中具有重要地位、距电源距离较近时，可按变电站类型要求，选择1h或2h作为交流电源故障时，蓄电池单独供电的持续时间。

2）当变电站地位重要（内设通信站），且变电站距电源距离较远，采用1h或2h蓄电池独立供电的持续时间不能满足要求时，可按站内通信电源的要求选3h及以上持续时间。

根据电力系统多年来大量的事故调查，系统内变电站事故断电的持续时间最长不超过0.5h，所以一般情况下变电站因事故失去交流电源后，蓄电池单独供电的持续时间取1h或2h是可行的，也是合理的。

3.4 一体化电源设备的蓄电池容量计算

根据变电站一体化电源设备的负荷统计和蓄电池单独供电持续时间（1h和2h），计算一体化电源设备的蓄电池容量，并以此论述一体化电源设备的合理性。对于设置专用通信直流电源的变电站，蓄电池单独供电的持续时间按3h计算。

4.结语

1）一体化电源设备有利于简化电源设备配置，提高直流电源设备的利用率。但一体化电源设备服务于多个专业，其电源容量的选择、电源对各专业的适应性能和技术指标要求，需要统一规范。一体化电源设备的供货方应明确其容量范围、基本参数和接口条件并与现行各专业设计规程协调一致。

2）在各专业协调一致的前提下，一体化电源设备可用于负荷性质相近的中小型变配电工程，对于大中型发电工程和变电工程，因其负荷类型较多，且可靠性要求很高，为方便专业管理，确保设备的可靠性，不宜设置一体化电源设备。在一些专业尚未协调完善、一体化电源设备的检验、维护、管理尚未形成一致意见时，不宜急于采用一体化电源设备。不同厂家的不同专业产品拼凑组合，没有统一的权威性技术支持的，不能算是一体化电源设备。

3）一体化电源设备是供多个专业使用的公共电源设备，所以，该电源设备的职能分工、技术管理、正常维护界面及其应用环境条件应由各使用部门共同协商确定。

4）根据相关专业的技术规定和电力系统安全可靠性程度，一体化的备用蓄电池电源单独持续供电时间宜取1～2h。

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