UPS并机接线优化设计

UPS并机接线优化设计

聂林浩

聂林浩

中石油西部管道甘肃输油气分公司甘肃省兰州市730000

摘要：UPS（UninterruptiblePowerSystem），即不间断电源系统，是一套用于改善站场供电质量，提供储备电能，为站内不可断电的核心设备提供供电保障的系统。在站场正常运行情况下，一般有多台UPS设备投入运行并机使用。在了解UPS的工作原理、结构与工作状态的前提下，通过将站场实际投用的并机接线方式与当前市场普遍存在的多台UPS设备并机连接接线方式对比分析，找出可以改进的空间，并进一步提出个人设计想法。为UPS系统运行中制定稳定安全的并机接线方案提供参考。

关键词：UPS原理操作方法储能电池并机方式

近年来，随着科技的不断发展，油气管道运行越来越趋向于自动化管理。管道的安全平稳运行对电能的需求正在日益增加，同时对电能质量以及供电安全性的要求也越来越高。特别是随着信息化、网络化建设步伐的加快，数据安全和通讯连接更是成为管道运行中所必须保障的。对此，使用UPS确保现场关键用电设备和站控电脑的安全供电是解决上述问题的最重要的方法之一。UPS不间断电源的投用，可以消除电网现有的电压下陷、电源浪涌、频率波动、谐波失真、瞬态切换等不可预测的“电源污染”，也可以在电网突发停电时，启动备用能源-蓄电池，使设备和通讯维持一段工作时间，为应急抢险处置人员提供了宝贵的时间，UPS系统俨然已成为站场设备和联络通讯稳定运行的最后一道保障。

目前，输油气站场已经对UPS电源系统进行了广泛的投入使用。但由于各站场对电量和功率的需求不同，所以在对UPS电源的选择上，品牌、型号也有所不同。当下以艾默生、索科曼、捷联、伊顿等品牌使用较为普及。

1、基本工作原理与设备实物介绍

不同品牌的UPS在设计上存在差异，本文以上述较为普及的产品为例，对其工作原理及实物进行介绍。

图1.1为UPS单机运行的基本工作原理图。图1.2-1.3为站场现场拍摄UPS单机系统各部分实物图。（由于各个品牌厂家在实物设计上的差异，此处仅以艾默生品牌UPS为例）。

2、UPS系统并机接线设计优化

一般情况下，为了增加设备电源供应的可靠性，在UPS的实际应用中通常采取多组UPS系统并机运行的方式。

2.1、常用UPS系统并机方式

当前市场上，较为常见的主要有以下四种UPS系统并机方式：主从热备份、互动热备份、互动热备份（ATS）、冗余并联（N+X）。四种并机方式各有利弊，用户范围也不尽相同，一般在选取并机方式时需要根据用户现场实际情况，综合考虑各个并机方式各自的优缺点。

由于功率均分，技术档次较高，目前较为流行的是冗余并联方式。但是此方案存在环流问题，如果处理不好，会使无功功率增大，严重影响其可靠性，除此之外，还存在老化漂移及温度漂移等问题。如果能够彻底解决环流等问题，才可认为冗余并联方式可靠性最高；如果不能解决这一核心问题，其可靠性还不如主从热备份和互动热备份的并机方式。

2.2、输油气站场UPS系统运行现状

目前，输油气站场UPS采用的是索科曼MASTERYSIP15-30kVA型设备。如图2.1为输油气站场现有的UPS结构接线图，站场UPS设计后备运行时间为两个小时，在双机冗余并联的并机运行方式下，其负载保持在15%-30%的范围内。

图2.1站场UPS原有接线图

从当前结构可以看出，目前站场UPS接线方式仍然存在以下弊端。第一，现有的UPS并机接线方式仍然存在着冗余并联并机方式中普遍存在的环流问题。两台UPS的输出并联在一个端子上，在这种没有隔离的接线方式下，单机出现故障无法单机停电检修，正常运行的UPS设备会使检修的UPS设备输出端带电压。第二，现有结构没有设计UPS整体系统的检修旁路。在这种接线方式下，如果UPS系统发生故障，如并列输出部分故障，将造成两台UPS同时停机，影响为负载供电。

2.3、输油气站场UPS系统设计优化

针对以上存在的不足，提出了如下设计想法：

设计结构原理图如图2.2，可以在两台UPS电路各自的输出部分、各自的主输入和旁路输入部分以及两台UPS总输出部分分别加装一个控制开关，并为整套UPS系统设计一个总的手动旁路，系统的总输出与总旁路接入一个自动切换开关，由自动切换开关控制接入手动旁路还是接入主电路。从自动切换开关输出后接入输出变压器，然后接入负载。

图2.2设计UPS优化接线图

3、预期效果

本设计通过对新增加的电气元器件的控制操作，基本达到对该UPS系统中的单台UPS设备加装了隔离设计。当系统中任意一部分发生故障或需要保养时，都能通过对控制开关的闭合与关断，实现单机停电检修维护，并且保证了停电检修的UPS设备与正常运行的UPS设备互不干扰。

1.经过设计，预计可达到如下效果：

2.可实现单机停电作业，避免了以往单机停机后，Q6开关下口仍然带电的问题。

3.实现了两台UPS输出的分离，当单机UPS发生故障，可以将故障机隔离在供电系统外。

4.增加了市电的手动旁路，两台UPS同时停电检修时，不会影响负载正常运行。

参考文献：

[1]《应知应会电气分册》

[2]《浅谈UPS运行及进出线接线方式》

[3]《艾默生UPS操作维护安装手册》

[4]《捷联UPS操作维护安装手册》

[5]《索科曼UPS操作维护安装手册》