一体化不间断电源的应用及备用电源容量选择

第２７卷第２期　２０１０年４月　供　用　电　４９　一体化不间断电源的应用及备用电源容量选择　白忠敏，张诚　（佛山南海电力设计院，广东佛山　５２８２００）　摘　要：一体化不间断电源设备的应用受到一定条件的。通过简要说明一体化不问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　中图分类号：ＴＭ８６　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—６３５７（２０１０）０２—４　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｆａｃｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　Ｃａｐａｃｉｔｙ　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｔａｎｄｂｙ　Ｐｏｗｅｒ　ＢＡ　ｒ　Ｚｈｏｎｇｍｉｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｃｈｅｎｇ　（Ｆｏｓｈａｎ　Ｎａｎｈａｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｆｏｓｈａｎ　５２８２００，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ（ＵＰＳ）ｆａｃｉｌｉｔｙ　ｉｓ　ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔＯ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｒｅ—　ｓｔｒｉｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ＵＰＳ　ｆａｃｉｌｉｔｙ　ａｒｅ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄｂｙ　ｐｏｗｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ＵＰＳ　ｆａｃｉｌｉｔｙ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｐｒｏｐｏｓａｌｓ　ａｒｅ　ｉｓｓｕｅｄ　ｏｎ　ｈｏｗ　ｔＯ　ｉｍ—　ｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ａｎｄ　ｓｅｌｅｃｔ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄｂｙ　ｃａｐａｃｉｔｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ；ｓｔａｎｄｂｙ　ｐｏｗｅｒ；ｓｔａｎｄｂｙ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ＤＬ／Ｔ１０７４—２Ｏ０７《电力用直流和交流一体　包括直流负荷、交流不问断电源供电的设备负荷、　化不间断电源设备》（下称《标准》）已于２００８年发　电力用逆变电源供电的设备负荷、通信用直流变　布、实施。该《标准》对一体化不间断电源（下称一　换电源供电的设备负荷。　体化电源）设备包含的电源部件比较明确，但对一　１．２一体化电源设备的功能　体化电源设备的总体技术指标和数据表述不甚清　一体化电源设备具有一套公用的蓄电池组，　楚，且对一体化电源的应用范围没有明确规定，对　它能同时为一体化电源设备的全部输出负荷提供　一体化电源设备中涉及部分电源部件的相关设计　电源，满足全部负荷容量和供电时间的要求。在　专业和管理部门之间尚存在一定的争议。本文除　正常运行方式下，该电源设备由交流电源供电，蓄　了讨论一体化电源设备的功能和应用以外，对《标　电池处于浮充备用状态；当交流电源故障停电时，　准》内容的完善以及一体化电源的应用提出一些　蓄电池为全部负荷提供电源。所以，一体化电源　建议。　设备的备用电源至关重要，应保证其在全部工作　１　一体化电源设备及其功能　过程中，不能须臾停电。　１．３　一体化电源设备的基本参数　１．１一体化电源设备的含义　１）供电容量：包括交流供电容量和直流供电　一体化电源设备，是将直流电源、电力用交流　容量（供电持续时间）。　不问断电源（ＵＰＳ）、电力用逆变电源（ＩＮＶ）和通　２）供电电压：包括交流供电电压和直流供电　信用直流变换电源（ＤＣ／ＤＣ）等电源装置组合为　电压。　一体，共享直流电源的蓄电池组，并统一实施监控　３）供电输人电流：包括交流供电输人电流和　的成套电源设备。　直流供电输入电流。　一体化电源设备的输入电源包括交流电源和　４）供电负荷：包括负荷名称和负荷容量，供　直流电源两种。一体化电源设备的输出负荷一般　电负荷输出电压和额定电流。　５０　白忠敏，等：一体化不间断电源的应用及备用电源容量选择　５）直流电源端子至负荷出口端子的电压降。　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２２０　ｋＶ及以下的变电工程为例进行　讨论。　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。　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，不问断电源，ＤＣ／ＤＣ变换等，这都与变电工程　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、导体截面和中问连接导体截面应　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，　１１Ｏ　ｋＶ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１１０　ｋＶ的重要变　电站、２２０　ｋＶ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　的容量、规模有关。　３５～２２０　ｋＶ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１　ｈ，对于无人值班变电站，则要求　为２　ｈ。　表１变电站电气负荷统计　序号　负荷类别　变电站电气负荷统　十／ｋＷ　３５　ｋＶ　１１０　ｋＶ　２２０　ｋＶ　１　控制、保护　１．Ｏ　２．０　５．Ｏ　２　事故照明　０．３～０．５　１．０～１．５　２．５～４．５　３　不问断电源　１．ｏ～１．５　３．０　５．０　４　ＤＣ／ＤＣ变换　０．２　０．５～１．０　１．０～３．０　５　合计　２．５～３．２　６．５～７．５　１３．５～１７．５　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，主要有光传人设备，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。　３５～２２０　ｋＶ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１　ｈ，对于无人值班变电站则要求　为２　ｈ。　表２变电站通信负荷统计　序号　负荷类别　变电站电气负荷统计／ｋＷ　３５　ｋＶ　１１０　ｋＶ　２２０　ｋＶ　ｌ　光传输设备　０．５　１．０　１．０　２　调度数据网　０．１～０．２　０．５～１．０　２．０～３．０　３　综合数据网　０．１　１．５～２．０　２．０　４　通信终端　０．１　０．２～０．４　０．１～０．２　５　机房环境动力监控　０．１～０．２　６　载波机　（０．０５）　７　合计　０．２～０．４　０．８～１．５　５．２～６．４　白忠敏，等：一体化不间断电源的应用及备用电源容量选择　５１　３．３有关标准规定的供电持续时间　电站，蓄电池单独供电的持续时间按３　ｈ计算。　计算假定条件如下。　根据电力行业标准ＤＬ／Ｔ　５０４４－－２００４｛电力　工程直流系统设计技术规程》、ＤＬ／Ｔ　５３９１～２ＯＯ７　１）有人值班站设事故照明自投装置。交流　事故后，事故照明自动投入。　２）无人值班站不设事故照明自投装置。交　流事故后，０．５　ｈ或１　ｈ后事故照明手动投入。　３）不计事故发生瞬间的冲击负荷。　《电力系统通信设计技术规定》和ＤＬ／Ｔ　５２２５—　２００５｛２２０　ｋｖ～５００　ｋＶ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／Ｔ　５２２５－－２００４原规定：无人值班站的蓄电池　对３５、１１０　ｋＶ和２２０　ｋＶ变电站按照有人值　单独供电持续时间不少于８～１２　ｈ，与标准ＤＬ／　Ｔ５３９１—２Ｏ０７的规定１～３　ｈ相悖，本文统一取值　为１～３　ｈ。　表３　交流电源故障时蓄电池单独供电的持续时间ｈ　标准编号　ＤＬ／Ｔ　５０４４—２００４　ＤＬ／Ｔ　５３９１——２００７　ＤＩ　／Ｔ　５２２５—２ｏｏ５　无人值班变电站　２　ｌ～３　１～３　有人值班变电站　１　１～３　ｌ～３　通信站　８～１２　８～１２　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１　ｈ或２　ｈ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１　ｈ或２　ｈ蓄电池　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３　ｈ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０．５　ｈ，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１　ｈ或２　ｈ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（１　ｈ和２　ｈ），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　班站和无人值班站，对应１　ｈ和２　ｈ供电持续时　间分别计算一体化电源设备的蓄电池容量。　３５、１１０　ｋＶ和２２０　ｋＶ变电站一体化电源设　备的直流负荷统计如表４所示。其中　为蓄电　池各放电阶段电流值（ｉ一０，１，２，３），Ｃ　为蓄电池　各放电阶段的容量值（ｉ一１，２），Ｃ∑为蓄电池各放　电阶段的容量累加值。　表４　３５、１１０　ｋＶ和２２０　ｋＹ变电站一体化　电源设备的直流负荷统计　变电站　电流统计　容量统计　容量累加　／直流电压　电压等级　计算条件　Ｉ．ｆ　Ｃ　・ｈ　Ｃ∑／Ａ・ｈ　２回３５　ｋＶ出线（气体　／ｏ＝７．７　Ｃ　＝ｌ５　Ｃ１：１５　绝缘金属封闭开关设备　，１＝ｆ２＝１５．０　Ｃ，：１９．６　Ｃ２＝３４．６　３５　ｋＶ／　Ｇ１Ｓ）；２台主变压器；１０　，３＝１９．６　１１０　Ｖ　ｋＶ　２段，每段ｌＯ回馈　线；计算机监控，无人值　班　４回ｉ１０　ｋＶ出线　Ｉ　＝２ｌ　７　１＝４６．８　Ｃ１＝４６．８　ｌ１Ｏ　ｋＶ／　（ＧＩＳ）；３台主变压器；１０　，ｌ＝，２＝４６．８　２＝６０．４　：１０７．２　１１０　Ｖ　ｋＶ　３段，每段ｌ２回馈　，线；计算机监控，无人值　３—６０．４　班　８回２２０　ｋＶ出线　Ｉ　＝６３．７　Ｃ　＝ｌ１Ｏ．９　Ｃ１＝１１０．９　２２０　ｋＶ／　（ＧＩＳ）；１６回１１０　ｋＶ出线　，ｌ＝ｆ２：１１０．９　Ｃ，＝１５１．８　Ｃ２＝２６２．７　１１０　Ｖ　（Ｇ１Ｓ）；４台主变压器；１０　，３＝ｌ５１．８　ｋｖ　４段；计算机监控，无　人值班　根据上述负荷统计计算结果，查表得出对应　条件下，阀控密封铅酸蓄电池的容量换算系数　如表５所示，并由此计算得出各种情况下的蓄　电池容量如表６所示。表６中蓄电池容量计算　结果中的斜线上数据分别对应单只电池电压为　１．８３、１．８５、１．８７　Ｖ的计算值，斜线下数据为按　产品标准系列选择的标称值。根据计算条件１　得出的蓄电池容量计算结果，电气用蓄电池的　放电时间取１　ｈ。通信用蓄电池的放电时间取　３　ｈ　５２　白忠敏，等：一体化不间断电源的应用及备用电源容量选择　表５不同终止电压和不同放电时间的容量换算系数七　１／ｈ　单电池放电　放电时间　终止电压／Ｖ　５　ｓ　１　ｍｉｎ　０．５　ｈ　１．０　ｈ　１．５　ｈ　２．０　ｈ　３．０　ｈ　１．８３　１．３８　１．３３　０．８２３　０．５６５　０．４５５　０．３５７　０．２７０　１．８５　１．３４　１．２４　０．７８０　０．５４０　０．４２８　０．３４４　０．２６２　１．８７　１．２７　１．１８　０．７５５　０．５２０　０．４０８　０．３３４　０．２５８　表６蓄电池容量计算结果　Ａ・ｈ　变电站类型　３５　ｋＶ变电站　１１０　ｋＶ变电站　２２０　ｋＶ变电站　计算条件１　有人值班站，交流事故后，事故照明瞬时自动投人，电　气和通信直流电源分别设置　蓄电池　电气用　４３．４５．４７／５０　１３０，１３６，１４１／１５０　２７６，２８９，３００／３００　容量　通信用　２Ｏ　６０　２５０　计算条件２　有人值班站，交流事故后，事故照明瞬时自动投入，设　一体化电源　蓄电池容量　６９．７１，７３／８０　ｌ５０，１５７，１６３／２００　３７６，３９４，４００４０９／　～５００　计算条件３　无人值班站，交流事故后０．５　ｈ事故照明手动投入，设　一体化电源　蓄电池容量　７３，７６，７９／１０Ｏ　２２５，２３５，２４２／２５０　或３００　５６０，５８６，６００　６０５／　计算条件４　无人值班站，交流事故后１　ｈ事故照明手动投入，设一　体化电源　蓄电池容量　７０２１　７，２２６，２３３／２５０　５３６，５５７，５７５／　．７３．７ｓ／１０Ｏ　～３００　６００　由表６计算结果，计算选择３５、１１０、２２０　ｋＶ　变电站的一体化电源设备如表７所示。　表７　３５、１１０、２２０　ｋＶ变电站一体化电源设备选择表　变电站类型　３５　ｋＶ变电站　１ｌ０　ｋＶ变电站　２２０　ｋＶ变电站　电气直流／Ａ　１．５　４．０　９．５　ＵＰＳ／ｋＶＡ　１．０　３．Ｏ　５．０　模块　通信用直流变　容量　换电源／Ａ　０．３　１．Ｏ　５．Ｏ　合闸冲击电　流／Ａ　１４．１　１４．１　１４．１　一体化　电池容量／Ａ・ｈ　１ＯＯ　２ｘ（１５０～２００）　２×（３００～４００）　电源　充电器电流／Ａ　２０　２×５０　２×１００　配置　接线类别　单蓄单充单母　双蓄双充联络　双蓄双充联络　由表７计算和配置可以看出。　１）由于无人值班站比有人值班站蓄电池放　电时间增加１　ｈ，所以蓄电池容量提高近一级　（１００　Ａ・ｈ）以上。　２）在通信电源负荷较小、备用电源供电时间　同取２　ｈ的条件下，采用一体化电源设备的容量　与分散电源设备的容量接近相等。但当通信负荷　较大时，蓄电池容量增加较多，给安装和维护带来　不便，而且系统接线复杂，一体化电源的应用可能　降低公共备用电源的安全可靠性。　３）在规定范围内，终止放电电压的选取对蓄　电池容量选择影响不显著。　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１～２　ｈ。　参考文献　［１］王锐，陈延昌，许沛丰．变电站站用电源一体化方　案的探讨［Ｊ］．供用电，２００８（６）．　［２］　中华人民共和国国家发展和改革委员会．ＤＬ／Ｔ　１Ｏ７４—２Ｏ０７电力用电直流和交流一体化不间断电　源设备ＥＳ３．北京：科文图书业信息技术有限公司，　２００７．　Ｅ３３於崇干，刘百震，侯炳蕴，等．电力工程直流系统设　计手册［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００９．　收修改稿Ｅｌ期：２０１０年１月　白忠敏（１　９４２一），高级工程师，从事电力设计工作　张诚（１９８２一），工程师，从事电力通信设计工作