摘要:随着电力系统变电站对不间断电源要求的提高,以及日常运行维护过程尽可能的简便,文章从变电站专用UPS系统的构成着手，分析比较了UPS电源的双机主备冗余供电方式以及双机分段带母联并列供电方式的优缺点，得出了双机分段带母联接线方式具有较高的可靠性和灵活性的结论，可供变电站UPS相关应用工作参考，促进电网安全稳定运行。
        关键词:变电站；UPS；接线方式
        1 引言
        UPS（Uninterruptible Power Supply）意为不间断电源系统，是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接,通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备，它能够为负载提供连续稳定的交流电能。近年来，变电站均使用综合自动化系统，采用计算机来监视和控制设备，如计算机失电，将失去监控，严重影响电网的安全运行。因此，为保障电网安全稳定运行，现变电站均装有UPS不间断电源系统，并且对不间断电源系统的供电可靠性和灵活性提出更高要求。
        2 变电站专用UPS的系统构成
        2.1 专用UPS电源的组成
        UPS广泛应用于发电厂和变电站等场所,变电站专用UPS电源系统包括:UPS电源、外部交直流输入、交流输出、数字表计、屏柜及安装辅助设施等。电源回路主要由整流器、逆变器、蓄电池组、静态旁路开关、维修开关、输入输出隔离变压器、监视控制器、通信接口、输入/输出保护电器等几个主要元器件构成。而在电力系统的变电站中；配备了蓄电池组；并且拥有独立的直流电源系统；因此在设计时无需考虑电力储存设备。
        2.2 变电站UPS电源工作方式
        为提供高质量、安全可靠的电源，一般情况下，UPS系统有两路不同的交流电源供电；根据运行方式与故障的不同；工作方式分为:
        （1)站用交流电源正常时；由主供交流电源输入；经整流器整流后输出直流；再经逆变器将直流电源逆变成交流输出到交流母线上；供各类负载；
        （2)两路站用交流均发生故障时；UPS装置将自动切换至站内直流系统输入供电；直流电源经逆变器后输出交流电至直流母线供电；当交流电源恢复正常后；UPS装置将自动切换电源；由直流电源输入切换回交流电源输入供电；
        （3)UPS装置逆变后的输出电源中断时；旁路静态切换开关动作；系统切换至交流旁路；逆变电源恢复后；系统自动切换回逆变电源供电；
        （4)输出开关或静态切换开关出现故障或需要进行维修时；可利用UPS的检修开关进行切换；当UPS装置退出工作时；通过合上检修开关；直接将外部交流电源输入到交流母线来对负载供电。
        2.3 监控单元
        除了以上功能元件外；变电站UPS还配备了具有监控功能的监控单元；监控单元具有下列功能:
        （1)对UPS的电源运行和告警参数定值、蓄电池组运行和告警参数定值、交流输入保护定值等相关参数进行设置。
        （2)负责测量各类输入、输出量；包括交流输入和输出的线电压、相电流；旁路输入电源的线电压、相电流等模拟量等开关量。
        （3)具备显示和存储功能；能显示模拟量测量值、相关保护定值、开关量记录以及告警记录等；此外能将UPS电源的不同工作状态以模拟盘的方式显示出来；使供电回路清晰明了。
        （4)具备交流输入、输出电压越限告警；交流电源输入中断告警；输入频率越限告警；整流器或逆变器关闭告警；旁路供电告警等告警功能。
        3 变电站UPS电源接线方式
        随着时间的推移,业内的UPS产品类型逐渐增多，功能和接线方式也不相同；文献中就介绍了10种不同的接线方式。由于变电站中UPS电源所带的负载相对重要；因此站内UPS系统常常配有两台及以上的UPS电源。根据接线形式的不同；主要分为双机主备冗余供电方式和双机带母联并列供电方式。
        3.1 双机主备冗余供电方式
        双机主备冗余供电系统由一台“主机”和一台“备机”构成；两台UPS电源形成主备供电模式。两套UPS各由两路交流、一路直流电源供电；且不设置旁路电源。而备机的交流、旁路输入为同一电源；在电路中将二者并联；将备机的输出作为主机的旁路输入电源；主机的输出则作为UPS系统的交流输出总电源；接线方式如下图1所示。

        根据文献规定；变电站低压侧所用电变压器不少于两台；对重要负荷应采用双路电源供电方式。UPS负荷属于重要负荷；两路交流输入电源应分别来自不同的站用变。此外；变电站拥有两路直流电源；UPS电源系统的两路直流输入电源分别来自不同的直流母线；同样采用双路电源供电方式。双机主备冗余供电方式下；主机的旁路输入接自备机的交流输出；使主机旁路输入具有较高的可靠性。UPS电源的输出为一段交流母线；通过该母线的馈线开关向全站负载提供电源。
        3.2 双机分段带母联并列供电方式
        双机分段带母联并列供电系统中；两台UPS的地位相等；没有主备机之分；都具备一套独立的输入、整流、逆变、输出模块。两台UPS分别由两组不同的交、直流电源供电；而输出部分各由一段交流母线连接；两段母线之间设置了专用母联开关；在正常方式下处于分位状态；接线方式如图2。

        (注:图1、2中的开关K1-K11分别表示为；K1-输入开关1、K2-直流输入开关1、K3-旁路开关1、K4-维修开关1、K5-输出开关1、K6-输入开关2、K7-直流输入开关2、K8-旁路开关2、K9-维修开关2、K10-输出开关2、K11-母联开关)
        此方案的两台UPS装置组成两套独立的系统；与上一种接线方式相同；两路交流输入电源也是分别来自不同的站用变；直流输入电源的供电方式采用的也是双路电源；两路电源来自两段不同的直流母线。UPS交流输出为两段交流母线；全站负载可均匀分布在两段母线上；由馈线开关来控制通断。
        4 故障时运行方式对比及优缺点分析
        4.1 故障时运行方式对比
        双机主备模式供电方式下；站内负载的交流电源由UPS主机逆变后的电源提供；备机则完全处于空载状态。其主、备UPS发生故障的方式可分为以下三种:
        （1)UPS主机故障。主机先转为旁路供电；通过主机静态旁路开关切换为备机的逆变器输出供给负载电源。转为旁路供电的时间为毫微秒级；不会产生负载供电中断。
        （2)UPS备机故障。主机的静态旁路电源由备机的旁路交流电源经过备机静态旁路开关供给；而不是备机的逆变器输出；此时UPS系统为主机单机工作模式。
        （3)主、备机同时故障。两UPS均切换至旁路工作；交流输入电源通过备机的静态旁路开关；再到主机的静态旁路开关；最后输出供给负载电源。
        双机分段带母联并列供电方式下；负载的工作电源同时由两台UPS提供；每台UPS对应不同的负载；且相互独立。其故障方式也可分为三种:
        （1)#1UPS故障。#1UPS先转为旁路供电；再通过合上母联开关；由#2UPS带两段母线上的负荷。此时可退出#1UPS进行维修；同时又能保证输出电压的稳定。
        （2)#2UPS故障。运行方式与上一点相同；只是将#1与#2UPS位置互换。
        （3)#1、#2UPS同时发生故障。两UPS同时切换到旁路工作；两路交流输入电源分别通过两机的静态旁路开关供给负载电源。若需要合上母联开关将两母线并列运行；则应断开一段母线电源。
        4.2 优缺点分析
        在充分满足系统正常运行的情况下；合理选择UPS供电系统的配置方案；不但能提高UPS电源供电的稳定性和可靠性；而且能在一定程度上节约成本。同时；也能使UPS装置的日常运行维护变得更加方便、简单；保证UPS具有较长的可靠运行周期。
        双机主备冗余供电优点在于:1)安装方便；易于实现。当UPS主机具有独立的静态旁路输入口时；通过静态旁路就可以较容易地实现UPS主、备机的冗余供电。2)可靠性高。由于存在备机输出电源作为主机的旁路电源；因此在主机故障时；备机仍能提供可靠而且稳定的交流电源。通过变电站的实际运行经验；采用UPS双机主、备冗余供电方式的可靠性一般要高于双机并联冗余供电。
        但此种供电方式也存在缺点；主要在于:
        （1)主、备机使用不同步；易造成两机性能存在差异。在正常工作状态下；全站负载均由主机单独供电；而备机则处于空载状态运行；若长时间维持运行状态；会导致主、备机的老化程度不同；影响UPS装置的使用寿命。因此；需要定期或不定期地将主、备机进行倒换运行。
        （2)电源输出主要以输出开关K5为主；一旦此开关出现故障只能通过维修开关将备用UPS投入；增加了停电概率。
        双机双母线带母联接线方式的优点是:
        （1)正常运行时；两UPS处于单机运行状态；具有较高的可靠性。在一段母线出现故障不能送电的情况下；另外一段母线仍能可靠供电；当UPS设备具有较高冗余度时；可以保障UPS所接负载的各项功能。
        （2)在输出开关K5或K10出现故障时；对一段母线的负荷无影响；而另一端母线负荷可通过合上母联开关来提供电源。由于K5与K10同时出现故障的概率极小；因此供电可靠性比前一种方式高。双机双母线带母联的方式的缺点在于:由于在UPS定检或故障停运时；需要对负载进行人工切换转移；即使一段母线能够带起全站负荷；也会造成部分负载短时停运。通过以上对比可知；双机分段带母联供电方式故障时的可靠性和灵活性较高；因此推荐选用此种接线方法。
        5 结束语
        总之，UPS电源是提供高质量、安全可靠备用电源的重要方法之一。目前，业内UPS产品的类型逐渐增多，产品的功能和接线方式也各不相同。变电站作为区域电力系统的负荷中心，为了增加整个电源系统的可靠性、稳定性，确保变电站用电设备的正常运行，要求UPS电源系统具有更高的供电可靠性和灵活性，经对比分析，建议采用双机分段带母联接线方式。