自备电源及不间断电源系统设计的技术分析

【摘要】交流不间断电源系统为变电站自动化系统、火灾报警装置等重要负荷提供高质量、稳定可靠的不间断电源，是电网调度自动化和变电站监控系统的关键电源设备。本文结合工程实际，分析变电站交流不间断电源系统的设计方法和应用中需要注意的一些问题。

【关键词】自备电源；不间断电源系统设计；技术分析

一、自备应急柴油发电机组

为了保证一级负荷别重要的负荷用电，或中断供电将会造成重大损失时，应设置自备应急柴油发电机组。

1.机房

自备应急柴油发电机组的机房应包括发电机房、控制及配电室、燃油准备及处理间等。

机房应设置在靠近一级负荷或变电站的地方，可布置在坡屋、裙房的首层或附属建筑内，也可位于地下层，但应避开主要出口通道。

2.容量

发电机组的容量与台数应根据应急负荷大小、投入顺序以及单台电动机最大启动容量等因素综合考虑确定。机组总台数不宜超过两台。初步设计时可按变压器容量的10%一20%估算柴油发电机组的容量。施工设计时可根据一级负荷、消防负荷以及某些重要的二级负荷容量，按稳定负荷、最大单台电动机或成组电动机启动容量以及电动机启动时母线允许的电压降来计算发电机的容量。

3.选型

当选用多台机组时，应选择型号、规格和特性相同的成套设备，所用燃油性质应一致。

一般应选用高速柴油发电机组和无刷型自动励磁装置，选用的机组应装设快速自动启动及电源自动切换装置及连续三次自动启动功能。

4.机房设备布置

自备应急柴油发电机组机房设备布置应符合机组运行工艺要求，力求紧凑、经济合理、保证安全及便于维修。

5.发电机的中性点接地

（1）单台机组的发电机中性点应直接接地；（2）当有两台机组并列运行时，在任何情况下至少应保持一台发电机中性点接地。发电机中性点经电抗器与中性线连接，也可采用中性线经刀开关与接地线连接；（3）中性线刀开关可根据发电机允许的不对称负荷电流及中性线上可能出现的负荷电流选择。在各相电流均不超过额定位的情况下，发电机允许各相电流之差不超过额定值的20%；（4）采用装设中性线电抗器这种方法时，应考虑既能使中性线谐波电流限制在允许范围内，又能保证中性点电压偏移不太大。电抗器的额定电流可按发电机额定电流的25%选择，阻抗值按通过额定电流时端电压小于10v选择。

6.柴油发电机组的保护和控制

（1）柴油发电机组应设短路、过载、接地故障及过、欠电压保护装置；（2）当两台机组并列运行且无人经常值班时，应设逆功率保护；（3）机组控制方式有机旁控制、控制室集中控制和自动控制三种。控制系统按功能可分为起停装置、并车装置、额载调书装置、总体逻辑控制、事故处理和报警装置、附有系统控制装置及电源控制装置等。具体配置按机组自动化等级确定；（4）柴油发电机组严禁与电力系统电源并网运行，应设置防止误并网的可靠连锁，包括双电源互投开关的机械、电气连锁和供配电监控管理系统的软管理；（5）机组的机旁控制应满足机旁人工启动、调速、停机的要求；机房与值班室（或消防控制室）间应设必要的联络信号；也可装设自期待装置；（6）机组的控制室集中控制除应满足机旁控制的要求外，还应能在控制室或配电室控制或监视以下全部或部分功能，同时应单独设置蓄电池组作为控制电源，并设整流充电设备。

二、不间断电源

1.不间断电源设备的选择

（1）不间断电源设备输出功率，应按下列条件选择：1）不间断电源设备对电子计算机供电时，其输出功率应大于电子计算机各设备额定功率总和的1.5倍；对其他用电设备供电时，为最大计算负荷的1.3倍；2）负荷的最大冲击电流不应大于不间断电源设备的额定电流的150%。

（2）不间断电源装置配套的整流器容量，应大于或等于逆变器需要容量与蓄电池直供的应急负荷之和。

（3）不间断电源的过压保护除应符合GD/T 3886.1—2001《半导体电力变流器》关于过电压保护的规定外，对没有输出电压稳定措施的不间断电源，应有输出过电压的防护措施，以使负荷免受输出过电压的损害。

（4）不间断电源的过电流保护应能保证在负荷发生短路或电流超过允许的极限时及时动作，使其免受浪涌电流的损伤。

（5）不间断电源设备用的不间断电源开关类型的选择，可根据供电连续性的要求，选用机械式、电子式自动的和手动的开关。

（6）不间断电源正常运行时所产牛的噪声，不应超过80dB，对于额定输出电流在5A及以下的小型不间断电源，不应超过85dB。

2.不间断电源系统的交流电源

（1）不间断电源系统宜采用两路电源供电。当备用电源为柴油发电机组时其机组不应做旁路电源；（2）当不间断电源设备交流输入侧电压多不能满足要求时，宜采用有载调压变压器或其他调压措施；（3）不间断电源系统的交流电源不宜与其他冲击性负荷出同一的变压器及母线段供电；（4）不间断电源系统的输入、输出回路宜采用电缆。

3.蓄电池

（1）蓄电池组容量应根据停电后由其维持供电时间长短的要求选定。不间断电源系统用的蓄电池需在常温下能瞬时启动，宜选用碱性或酸性蓄电池；（2）蓄电池的额定放电时间宜按下列条件确定：

1）不间断电源系统在交流输入发牛故障后，为保证用电设备按照操作顺序进行停机时，其蓄电池的额定放电时间可按停机所需最长时间来确定，一般可取8—15m2）当有备用电源时，不间断电源系统在交流输入发生故障后，为保证用电设备供电连续性，并等待备用电源投入，其蓄电池额定放电时间的确定，一般可取10一30mm；2）如有特殊要求，其蓄电池额定放电时间可根据负荷特性来确定。

4.对不间断电源的监测及谐波污染的治理

（1）对不间断电源的下列运行状况、参数及报警信号应进行实时监测：

1）逆变器工作电压、电流及过载、过流、过压、过温等报管信号；2）电池电压、电流、浮充、均充以及预告警、故障等信号；3）对于容量较大、可靠性要求高的不间断电源的电池还应实时监测每块单体电池的内阻，以及时发现电池是否失效或即将失效；4）整流器工作以及关闭、锁定、高温等报警信号；5）静态开关状态（市电正常、市电带载、逆变器带载）静态开关锁定等报警信号；6）维修旁路断路器状态信号等。

（2）不间断电源的整流及逆变设备都会产生高次谐波，对电源造成谐波污染。谁污染谁治理的原则，应对其进行治理。鉴于不间断电源的谐波次数及含量相对固定，可采用由LC谐振回路构成的无源滤波器进行吸收或补偿。

参考文献

[1]谷新梅.变电站交流不间断电源系统设计[J].广东科技，2008（22）.

[2]秦立，夏瑞华，杨奇逊.变电站综合自动化系统新型监控主站的研究[J].电力系统自动化，1998（01）.