宋 健

（吉林省國(guó)建工程咨詢有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130062）

0 引 言

隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信及信息技術(shù)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的二次設(shè)備已經(jīng)步入數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化新時(shí)代，形成了眾多自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其核心依賴于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障直接威脅一次電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增加了整個(gè)電力系統(tǒng)發(fā)生停電的可能性?；诖耍婚g斷電源（Uninterrupted Power Supply，UPS）作為確保計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵支撐，其可靠性的定量評(píng)價(jià)變得尤為重要。

1 供電方式分類

目前實(shí)施的UPS 供電方案大致可分為3 種（如表1 所示），這些模式根據(jù)特定的應(yīng)用需求，形成更有效、更完善的供電控制方案，從而確保供電的連續(xù)性和合理性[1]。

表1 UPS 供電方案

1.1.1 單機(jī)在線

單機(jī)在線模式是一種常見的供電方式，具有操作簡(jiǎn)便、硬件配置成本低以及在滿負(fù)荷工作條件下效率高等優(yōu)點(diǎn)。在此模式下，UPS 在正常工作狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)以蓄電池充電并同時(shí)向負(fù)載供電。這種供電方式的可用性高于市電，但存在一定的局限性[2]。若母線或UPS本身發(fā)生故障，則將導(dǎo)致電力系統(tǒng)停止運(yùn)行，影響其可靠性。

1.1.2 雙機(jī)備用

雙機(jī)備用模式在UPS 中部署2 套設(shè)備，以共同負(fù)責(zé)負(fù)載供電，增強(qiáng)電力自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性[3]。正常狀態(tài)下，母線與雙UPS 共同供電；母線故障時(shí)，UPS 獨(dú)立供電；單UPS 故障時(shí)，另一套接替供電，保障供電連續(xù)性。此模式適用于要求高可靠性的大型系統(tǒng)，雖然提高了冗余和可用性，但成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了維護(hù)需求。

1.1.3 多機(jī)并聯(lián)

多機(jī)并聯(lián)模式通過并行連接多個(gè)UPS 單元，增強(qiáng)大型機(jī)構(gòu)電力供應(yīng)的可靠性[4]。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本和維護(hù)需求較高，但可以通過初級(jí)并聯(lián)、高級(jí)并聯(lián)及分布式并聯(lián)等配置，針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景提供定制化解決方案。其中，UPS 分布式關(guān)聯(lián)運(yùn)行模式如圖1 所示，適用于需要多獨(dú)立供電路徑的雙電源負(fù)載，提供從服務(wù)入口起的冗余路徑，優(yōu)化同步維護(hù)，從而提升系統(tǒng)可靠性。然而，該模式依賴大量開關(guān)，尤其是靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)（Static Transfer Switch，STS），增加了配置復(fù)雜度。

圖1 UPS 分布式關(guān)聯(lián)運(yùn)行模式

2 UPS 的可靠性因素

2.1 UPS 裝置電源

直流屏作為UPS 的核心動(dòng)力源，在電力自動(dòng)化系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，為UPS 的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)作提供關(guān)鍵支撐[5]。UPS 裝置依賴直流屏來獲得電能，且直流屏的能量存儲(chǔ)容量直接影響UPS 能夠提供備用電源的持續(xù)時(shí)間，如具有較大存儲(chǔ)容量的直流屏能夠在電源中斷的情況下，延長(zhǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的不間斷供電能力。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前，廣泛應(yīng)用的UPS 裝置通常配備水泵、風(fēng)機(jī)及控制系統(tǒng)等硬件組件，通過優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得UPS 供電方案具備更高的功率和更好的穩(wěn)定性。這種改進(jìn)不僅解決了傳統(tǒng)UPS 供電方案中存在的功率低和故障率高等問題，還增強(qiáng)了電力自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性和持續(xù)性，從而提升整個(gè)系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。

2.3 繼電保護(hù)

UPS 的核心部件之一為主機(jī)逆變器，其在電源方案的實(shí)施過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。逆變器主要負(fù)責(zé)對(duì)微弱電流的有效削減，進(jìn)而為電力網(wǎng)絡(luò)提供穩(wěn)健的電源支持。特別是面對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)電壓不穩(wěn)定的情形（無論電壓過高還是過低），逆變器的繼電保護(hù)機(jī)制能夠有效調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)部的電壓平衡，防止?jié)撛诠收系陌l(fā)生。此功能不僅增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還確保了電力供應(yīng)的連續(xù)性和安全性。

3 電力自動(dòng)化系統(tǒng)UPS 裝置的可靠性分析

隨著我國(guó)科技的快速進(jìn)步，對(duì)于UPS 設(shè)備的需求不僅僅停留在基本功能上，而是朝向自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展[6]。電力行業(yè)面臨著與技術(shù)進(jìn)步同步發(fā)展的挑戰(zhàn)，必須具備前瞻性的發(fā)展觀念，綜合考慮UPS 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，并深入分析其可靠性，以確保電力供應(yīng)的不間斷、可靠性及穩(wěn)定性。

首先，UPS 與直流屏協(xié)同工作構(gòu)成了專用的UPS解決方案，其中直流屏負(fù)責(zé)對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電并向直流負(fù)載供電。在多個(gè)模塊電路的配合下，UPS 能夠確保在充足的電能供應(yīng)下，內(nèi)部裝置持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。直流屏作為確保蓄電池組持續(xù)供電的關(guān)鍵部件，對(duì)于延長(zhǎng)UPS 設(shè)備的應(yīng)用壽命和保證其正常運(yùn)行功能具有重要影響。

其次，蓄電池組是UPS 關(guān)鍵模塊，其性能分析顯示，蓄電池的故障修復(fù)時(shí)間與無故障工作時(shí)間服從指數(shù)分布，工作狀態(tài)涵蓋故障、正常及失電等情況。通過詳細(xì)收集蓄電池組工作參數(shù)和統(tǒng)計(jì)故障修復(fù)時(shí)間，揭示充放電周期與實(shí)時(shí)容量的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池不同狀態(tài)下性能的精確評(píng)估。通過實(shí)時(shí)容量與恒定放電電流比值的對(duì)比，有效識(shí)別蓄電池組工作狀況。

再次，為確保UPS 的高效運(yùn)行，必須深入了解發(fā)電機(jī)對(duì)UPS 的供電機(jī)制及其重要性[7]。采用逆變分析方法，統(tǒng)計(jì)分析發(fā)電機(jī)的無故障運(yùn)行時(shí)間，以此來評(píng)估發(fā)電機(jī)的故障發(fā)生頻率，并探究發(fā)電機(jī)故障率與修復(fù)效率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。通過這種關(guān)系，可以使用數(shù)學(xué)模型來判斷檢修周期的合理性，并通過發(fā)電機(jī)性能評(píng)估，確保其在UPS 內(nèi)的正常運(yùn)作。在UPS 設(shè)備的多個(gè)工作模塊中，通過這種分析方法能夠有效監(jiān)控各模塊的運(yùn)行狀況，基于模塊穩(wěn)定性的綜合分析，及時(shí)識(shí)別和定位系統(tǒng)內(nèi)部的潛在問題，從而集中管理和修復(fù)故障風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，保障UPS 的整體穩(wěn)定性和可靠性。

最后，設(shè)計(jì)UPS 供電方案是一個(gè)復(fù)雜且關(guān)鍵的過程，要求從多維度進(jìn)行細(xì)致分析。必須充分理解UPS 裝置的功能特性，并對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行全面的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。UPS 內(nèi)部由多個(gè)關(guān)鍵模塊組成，包括濾波器、整流器、充電器、逆變器、自動(dòng)切換開關(guān)、監(jiān)控系統(tǒng)及蓄電池組等。在設(shè)計(jì)供電方案時(shí)，綜合評(píng)估和預(yù)測(cè)這些模塊的運(yùn)行狀態(tài)至關(guān)重要，包括分析各模塊的工作參數(shù)，考慮蓄電池組的故障診斷與修復(fù)，以及其他模塊的故障處理和調(diào)整工作。

4 電力自動(dòng)化系統(tǒng)UPS 供電方案可靠性策略

4.1 注重UPS 日常維修和定期檢修

在電力自動(dòng)化系統(tǒng)中，UPS 是關(guān)鍵設(shè)備，能夠保障供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性[8]。為維持UPS 設(shè)備的高效運(yùn)行，必須對(duì)其進(jìn)行定期的維護(hù)和檢修。這包括測(cè)算元器件的工作時(shí)間，根據(jù)使用壽命制定檢修計(jì)劃，以減少故障發(fā)生頻率并延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。通過這種方式，可以間接提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在UPS 的應(yīng)用過程中，運(yùn)維工作對(duì)于掌握其運(yùn)行狀況至關(guān)重要。設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，內(nèi)部會(huì)積累灰塵，若不及時(shí)清理，可能導(dǎo)致元件故障。因此，定期的清潔和檢修是必要的。此外，制定檢修方案，并按照流程逐步排查設(shè)備內(nèi)部元件，可以有效提升故障檢修速度，確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。通過這種科學(xué)系統(tǒng)的排查流程，可以有效提升UPS 設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性，保障電力自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 有效運(yùn)用雙機(jī)并聯(lián)冗余方案，促使系統(tǒng)可靠性提升

雙機(jī)并聯(lián)冗余的UPS 供電方案旨在通過使用2 臺(tái)UPS 和母線來共同支撐系統(tǒng)的負(fù)載運(yùn)行，提高UPS 供電的可靠性[9]。在此設(shè)置中，當(dāng)系統(tǒng)中的任意一臺(tái)UPS 出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)UPS 將接管電力系統(tǒng)的負(fù)載運(yùn)行。若2 臺(tái)UPS 同時(shí)故障，母線將自動(dòng)承擔(dān)起負(fù)載供電的責(zé)任。此外，不定期檢測(cè)UPS 裝置，以實(shí)時(shí)監(jiān)控其運(yùn)行狀況。通過配備雙機(jī)備用供電，有效防止任何單一元件的故障對(duì)負(fù)載運(yùn)行產(chǎn)生影響，從而顯著提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，并確保模塊發(fā)生故障時(shí)，冗余容量能夠維持在線負(fù)載運(yùn)行。

4.3 設(shè)計(jì)多機(jī)并聯(lián)的供電方案，保障系統(tǒng)可靠性

多機(jī)并聯(lián)技術(shù)在大型機(jī)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用，以確保內(nèi)部電力系統(tǒng)的持續(xù)供電。該技術(shù)通過將多個(gè)UPS以并聯(lián)方式連接，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的共享供電，從而增強(qiáng)供電的穩(wěn)定性[10]。此外，多機(jī)并聯(lián)的供電模式在日常維護(hù)中顯示出便利性，在出現(xiàn)故障時(shí)，可以快速替換故障設(shè)備以保持不間斷供電，從而進(jìn)行故障修復(fù)。多機(jī)并聯(lián)供電還支持雙電源負(fù)載或多條獨(dú)立電路，有助于降低后期負(fù)載轉(zhuǎn)換時(shí)的能量損耗，并簡(jiǎn)化系統(tǒng)配置，從而提高整體運(yùn)行的可靠性。

5 結(jié) 論

在實(shí)施電力自動(dòng)化系統(tǒng)的UPS 供電方案時(shí)，應(yīng)從實(shí)際情況出發(fā)，確保系統(tǒng)能夠持續(xù)、穩(wěn)定供電。因此，要詳細(xì)分析UPS在電力自動(dòng)化環(huán)境下的工作性能，以保障其能夠提供穩(wěn)定、可靠的電力支持。此外，深入探討雙機(jī)并聯(lián)和多機(jī)并聯(lián)UPS 的應(yīng)用效果，以評(píng)估其在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)。在方案實(shí)施后期，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)性能的監(jiān)測(cè)和分析，以便在發(fā)現(xiàn)運(yùn)行問題時(shí)，能夠及時(shí)優(yōu)化和調(diào)整結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)UPS 的運(yùn)行可靠性。