湘潭县电工培训学校,UPS电源在操作员站的使用

火电厂的供电系统并不是连续而且恒定的，大型设备的启停、开关操作，电气工作段上负载长时间较大，故障情况下电气工作段的切换都会影响电力的正常供应，对计算机和微处理器产生干扰或破坏。
　　我公司的自动化程度较高，其设计安装采用的人机接口界面装置（操作员站）为ALPH站计算机，是整个机组的操作监视中心。它的稳定安全运行直接关系到机组的安全运行。而操作员站的电源供应是直接影响其稳定运行的一个关键因素。本文就我公司热工专业在操作员站电源供应方面的改进来提高公司人机接口装置的安全稳定运行进行探讨。

一、为什么要在操作员站上使用UPS
根据电力专家的测试，电网中经常发生并且对电脑和精密仪器产生干扰或破坏的原因主要有以下几种：
l电涌（power surges）
l高压尖脉冲（high voltage spikes）
l暂态过电压（switching transients）
l电压下陷（power sags）
l电线噪声（electrical line noise）
l频率偏移（frequency variation）
l持续低电压（brownout）
l电力中断（power fai1）
操作员站本身就是一台计算机，对电源的要求非常高，以上的几种电力供应的异常现象都会影响到操作员站的正常工作和实用性能。而UPS的使用可以解决或避免以上不正常供电对计算机产生的干扰和破坏。
二、UPS介绍
UPS（Uninterruptible Power System），即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。不仅在断电时可以延续供电时间，而且提高供电系统的供电质量(指在线式UPS)。
UPS大致可分成三种：离线式（Off Line），在线式（On line）和在线交互式（Line interactive）。

离线式（又称后备式）不间断电源如上图所示。正常时供电通过旁路直接向负载供电。只有在停电时，才通过逆变器将电池能量转换为交流向负载提供电力。这是一种机构简单、体积小、控制简单、成本低。当电网供电正常时对电源没有任何处理，对供电的噪音以及浪涌的抑制能力差，存在转换时间。

在线式不间断电源平常由逆变器输出向负载供电，只有当UPS发生故障、过载或过热时才会转为由旁路输出给负载。在线式UPS的特点：输出的电力经过UPS的处理，对网电噪音以及浪涌的抑制能力较强，输出电源品质较高，无转换时间。但其结构复杂，成本较高。

在线交互式UPS平常由旁路经变压器输出给负载，逆变器此时做为充电器。当断电时逆变器则将电池能量转换为交流电输出给负载。其特点：具双向性转换器设计，UPS电池回充时间较短，存在转换时间，控制结构复杂，成本较高， 保护性能介于在线式与离线式UPS之间，对网电噪音和浪涌的抑制能力较差。
三、项目实施情况
操作员站作为人机接口界面，对于自动化程度高的现代大型火电厂来说，是运行人员实现对整个机组进行过程控制和过程监视的设备。运行人员通过操作员站进行参数监视、调整，设备的启停和阀门的开关操作。因此，操作员站的稳定安全运行就直接关系到整个机组的安全运行水平。
现代大型火电厂基本上都是以分散控制为核心，自动化程度高，对微处理器和计算机的正常工作依赖正日益增加。而现场大型设备的启停，6KV开关的操作，电源工作段负载过重、电源工作段与备用段的切换以及计算机本身供应电源的切换操作等都会产生以上几种造成电源供应的不正常的现象，从而对微处理器和计算机产生干扰或破坏。操作员站本身是一个融计算机技术、CRT技术、通讯技术和计算机软件于一体的操作平台。正常的电力供应对操作员站来说是非常重要的，尤其是其中的内存和硬盘，对电源的要求更高。内存是主板上的存储部件，是CPU直接与之沟通，并用其存储数据的部件，存放当前正在使用的（即执行中）的数据和程序，它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路，内存只用于暂时存放程序和数据，需要不断的刷新动作来保持存储内容，关闭电源，其中的程序和数据就会消失。如果是非正常断电，就会导致内存中的信息来不及保存到硬盘上，造成信息因完全丢失或部分丢失而失去价值，从而造成精力、时间甚或经济的损失。硬盘，虽然应用的是磁存储介质，不会因断电而损失信息，但突然的电力故障会使正在进行读写工作的硬盘物理磁头损坏，或者系统文件在维护文件系统时，造成文件分配表错误，从而造成整个硬盘的报废。另外，操作系统中设置有虚拟内存，由于突然的断电，使系统来不及取消虚拟内存，从而造成硬盘中的"信息碎片"，不仅浪费了硬盘存储空间，还会导致计算机运行缓慢，影响操作员站的使用性能。另外，计算机电源是一种整流电源，过高的电压可能会造成整流器烧毁。而电压尖脉冲和暂态过电压以及电源杂讯等干扰都可能通过整流器进入主机板，影响机器的正常工作，甚至烧毁主机线路。
因此，电力供应问题是操作员站工作的重大威胁。如何为操作员站提供安全可靠的电源是我们不得不面对的问题。
为了解决这个问题，我们决定为每台操作员站增加一台不间断电源，以提高输入电源的可靠性。
正常工作时开关K打向厂用UPS电源端，由厂用UPS电源给操作员站供电；当厂用UPS故障时，开关K自动切向厂用保安电源。在线式UPS增加在供电电源和负载操作员站之间，正常供电时，起到噪音抑制、防浪涌保护、低电压保护作用；当进行供电电源切换时，可以提供开关切换时间内的电源供应以及避免由于两种电源之间相位不同和电压不同对操作员站造成的冲击；当开关K故障导致供电电源中断时，可以延续供电时间，以等待电源的恢复或提供系统正常关机所需要的时间，以避免故障期间信息的丢失

在具体实施中需要注意的几点问题：
一是UPS模式的选择。与在线交互式和后备式UPS相比，在线式UPS能够为操作员站提供更佳的电源环境。无论从稳压输出范围、频率范围、输入噪音和浪涌的滤除，市电模式与电池模式零转换时间和保护性能等方面的考虑，在线式UPS都明显优于前两种模式。因此我们首选在线式UPS；第二，UPS容量问题。根据测量和了解，每台操作员站的负载约为280W，考虑到功率因数的问题，为其配备1KVA的UPS就能够满足它的需要；第三，UPS保护性能问题；第四，UPS本身质量问题和电池使用寿命问题。

(整理：电工培训学校)