南水电厂上位机UPS电源增容改造分析计算

南水电厂上位机UPS电源增容改造分析计算

周莎莎

（广东粤电南水发电有限责任公司512700）

摘要：本文主要介绍南水电厂上位机UPS增容改造UPS容量确定过程、相关空气开关额定电流计算及选择、相关电缆横截面积计算以及蓄电池组容量计算，可为同类型水电厂UPS电源改造提供一定参考。

关键词：UPS容量；空气开关额定电流；电缆横截面积；蓄电池组容量；计算

1引言

南水发电公司位于广东省韶关市乳源县境内，装有3台单机容量为34MW混流式机组。南水电厂上位机监控系统于2017年改造，由于本次监控系统改造后的网络服务柜、操作员站等交流负荷增加。南水电厂原上位机UPS采用佛山市全景科技有限公司的CMP5KVA型不间断UPS电源系统，两台UPS容量均为5KVA，已经不能满足交流负荷正常运行。根据南网要求，对南水电厂上位机UPS电源进行增容改造。

2UPS容量确定

上位机UPS电源为南水监控系统上位机配套设备、SIS系统、电能采集装置、开关站LCU、故障录波器等提供交流电源。南水监控系统上位机改造后总最大功率为15190W，除去旧监控系统配套设备所剩负载功率为4000W。

总负荷功率P：15190+4000=19190W

计算总容量S1：19190W&pide;0.8=23987.5VA（在线式UPS一般功率因数为0.8），考虑UPS容量的冗余，一般以20%到30%（因为UPS的最佳工作状态就是负载70%到80%）。

所以，设计UPS容量Sn：23987VAX1.25=29984.375VA

确定选用单机容量30KVA的UPS电源，双机冗余

3空气开关额定电流计算及选择

（1）交流配电屏侧交流进线开关选择

由于UPS容量较大，选用三相交流空开，按照所有负荷由一个交流空开提供计算，额定线电压UN为380V。

Sn=1.732*I*UN，则空开负荷电流I=30000/（1.732*380）=45.6A

UPS电源带输入隔离变压器的交流输入断路器额定电流可按公式：IN=K*I计算，其中K为躲过隔离变压器启动冲击电流的可靠系数，宜取2~2.5。

则UPS电源侧INups=45.6A*2.25=102.6A，UPS电源侧选取100A三相交流空气开关。

在电源配电柜侧交流空开为UPS电源侧交流空气开关的上一级，按照标准配置为IN=1.25*100=125A的交流空气开关。

（2）直流馈电屏侧直流进线开关选择

额定负荷直流电流：I=Sn/Un=30000/220=136A。

根据《南方电网调度自动化系统不间断电源配置规范》，UPS侧直流电源侧为INups=K×I，K为可靠系数，为1.2，则INups=163A，UPS电源侧选择160A直流空气开关。

直流馈电屏侧直流空气开关为UPS侧直流空气开关的上一级，按照标准配置为IN=1.25*160=200A空气开关。

（3）负荷空气开关选择

1）监控网络柜1

监控网络柜1：最大功率P=4850W

I=1.2*1.25*P/220=33A

按照1.5~2倍配置，IN为495.~66A，按照空开型号选择63A空开

2）监控网络柜2

监控网络柜2：最大功率P=4990W

I=1.2*1.25*P/220=34A

按照1.5~2倍配置，IN为51~68A，按照空开型号选择63A空开

其余负荷空气开关可相应按照上述规则计算。

4电缆横截面积选择

根据《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007，进行电缆型号规格选择。

附图如下：

（1）交流配电屏至UPS电源屏交流电缆选择

额定负荷交流电流：I=30000/（1.732*380）=45.6A

按照长期载流量，可以选择3*16+1*6mm²规格铜芯电缆

（2）直流配电屏至UPS电源屏直流电缆选择

额定负荷直流电流：IN1=Sn/Un=30000/220=136A。

按照长期载流量，可以选择2*25mm²规格铜芯电缆。

（3）UPS电源屏至监控网络柜1

额定负荷电流：I=1.2*1.25*P/220=33A

按照长期载流量，可以选择2*4mm²规格铜芯电缆。

（4）UPS电源屏至监控网络柜2

额定负荷电流：I=1.2*1.25*P/220=34A

按照长期载流量，可以选择2*4mm²规格铜芯电缆。

其余负荷电缆可相应按照上述规则计算选择。

5蓄电池组容量选择

（1）蓄电池组容量计算公式：

式中：Q（Ah）－蓄电池的容量

K－安全系数（取值1.2~1.25）

I－负荷电流

T－后备放电小时（h）本规范为一组蓄电池带全部负荷放电2小时

η－电池利用率（2小时取0.67）

α－为温度系数（0.006~0.01）

t－为电池室温度

计算公式说明：

1）Q值为每台UPS配组的蓄电池容量。

2）蓄电池室已安装空调，忽略[1+α（t－25）]。

3）K取1.25

（2）蓄电池组容量计算：

蓄电池组事故全停状态下的持续放电电流计算公式：

式中：Sx=30kVA

μ－逆变器效率，在此取0.95

U－逆变器标称输入直流电压，220V

1）根据以上公式和参数定义计算I=96A，Q=358Ah

4）根据实际经验，现运行负荷为P=9KW

I=P/U=41A，考虑UPS的逆变器效率，I=41/0.95=43A

（5）Q=1.25*43*2/0.67=160Ah，可选用两组容量为160Ah的蓄电池。现南水电厂已配备一组容量为200Ah和一组容量为300Ah的蓄电池，满足计算要求。

6结论

经过严密的计算，现南水电厂上位机已投运两台工频机型容量为30KVAUPS电源，互为冗余备用。UPS电源负载分配为自动均流方式，运行正常。南水上位机UPS增容改造竣工图和监控系统上位机负荷功率统计见附录一和附录二。

参考文献：

[1]《南方电网调度自动化系统不间断电源配置规范》

[2]《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007

[3]《安全防范工程技术规范》

[4]TICW15—2012-电缆载流量测试标准

附录一：南水电厂上位机UPS电源增容改造竣工图

附录二：监控系统上位机负荷功率统计