某研究堆应急供电系统UPS的原理与应用

杜 双，余 峰，陈梦雪

中国核动力研究设计院，四川成都 610041

某研究堆应急供电系统UPS的原理与应用

杜 双，余 峰，陈梦雪

中国核动力研究设计院，四川成都 610041

本文描述了某研究堆应急电力系统的组成和功能，以及应急供电系统的核心设备——UPS电源装置的原理、运行方式和特性，并介绍了UPS在使用中的相关操作知识、维护时的注意事项，以便于更好地对某研究堆应急供电系统进行合理利用，确保反应堆运行的安全。

某研究堆；应急供电；UPS；应用

供电系统为反应堆提供电力，它直接关系到反应堆的启动、运行、停堆以及事件的处理，是重要的安全辅助系统，而其中的应急供电系统对确保反应堆的安全起着至关重要的作用。反应堆应急供电系统对电源的可靠性、稳定性有较高的要求。

为提高运行的安全性、可靠性和经济性，某研究堆应急供电系统进行了两次技术改造。在技术改造中取消了由试验堆的供电系统来供电的方式，在某研究堆上直接采用应急电力设备——UPS电源来提供可靠电力。UPS电源具有体积小、噪声低、可靠性高、寿命长、稳压稳频和操作简单等特点。

1 某研究堆应急供电系统

1.1系统构成

某研究堆应急供电系统的构成如图1所示。系统中有两路外电源可以对某研究堆提供电力，外电源来自两路不同的输电系统。技术改造后某研究堆运行时的供电方式，由原两路同时供电改为一路供电，并且优选一路供电质量相对较好的线路，另一路备用，以减少各种原因（如雷击）导致外电源的瞬间电压波动引起的停堆事件。

图1　不间断供电系统示意图

某研究堆的应急供电系统主要由四台UPS电源和一个配电柜组成。系统所用UPS均采用交流220V、单进单出的设备。1、2、3号UPS为纯正弦波在线式，容量分别为6kVA、5.5kVA、5.5kVA，主要用于仪表和控制系统，以及广播、通讯等。4号UPS采用普通输出方波电压的后备式1kVA UPS电源，用于应急照明，此外，在主控室、生产操作间还备有自带蓄电池的应急灯作为辅助应急照明装置。技改时取消了用于辅助冷却系统的应急供电，因为某研究堆在全厂断电事件工况下，只要反应堆能同时停闭，仅靠主泵惯性流量和自然循环冷却就能导出堆芯余热，保证反应堆安全。

1.2运行方式

用于仪表和控制系统的1、2、3号UPS的运行方式，采用两台投入，另一台备用，轮换使用，既可以保障随时提供所需要的不间断电源，又达到可以延长设备使用寿命的目的。在外电源正常时、经过UPS的整流器、逆变器后输出具有稳压稳频的纯正弦波电源供主控室的各种重要负荷使用。

全厂断电后，应急供电系统满足岷江堆的仪表和控制系统持续供电时间不少于20min，以确保全厂断电情况下的安全停堆，及停堆以后的各种必要的数据指示记录，如棒位、功率、温度、液位等。

2 UPS工作原理

2.1UPS基本结构

从基本应用原理上讲，UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压稳频输出的电源保护设备。电能以直流（DC）形式贮存在蓄电池中，这使UPS在外电完全失电的情况下也可向外输出电压。通常，UPS主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。

2.2UPS的运行模式

UPS主要运行模式有正常运行模式、电池供电模式、旁通模式。

1）正常运行模式。在正常运行时，受干扰的主电源经过滤波、整流电路、逆变、变压，然后通过静态开关输出稳定的正弦波电压，供UPS连接的负载正常工作，同时经过电池开关给蓄电池充电。

2）电池供电模式。当主电源输入因市电电压过高或过低断开时，系统会使用UPS电池贮存的电能继续提供交流电，确保输出供电不间断不延时。当外电为失电状态，UPS内部电池能量耗尽，逆变器将停止工作，此时，UPS将不能再向外接负载供电。当主电源恢复供电时，逆变器将继续经由整流器为外接负载供电工作，同时UPS自动向电池充电。

3）旁通模式。（1）自动旁通模式。当逆变器因过载或过热不能将UPS外接电路所需电压传送时，旁通开关将自动转换由主电源直接供电。如旁通动作是由于过载，当负载小于100%时，UPS将自动跳回到逆变器开关。如果旁通动作是由于过热，当温度降到警戒线下时，UPS跳回到逆变器开关。（2）维修模式（手动旁通模式）。系统可以通过在后置控制板上的手动旁通开关手动旁通UPS。此开关为双向选择开关，可以分别选择正常运行状态。

3 UPS的操作与维护

3.1UPS的启停操作

在线路熔断开关和旁通保险先行合上的情况下，使用前置控制面板上的“开/关”，开启UPS。当UPS启动后，首先实行自检，LCD液晶屏会显示其自检状态。自检完成后，UPS开始输出电压，液晶屏会显示目前UPS工作模式和实际负载状况。

3.2信息显示

当UPS为开启状态时，操作前置面板上的按钮，通过LCD液晶屏可以查看UPS系统数据，状态信息，报警信息和设置。具体可以看到主电源的电压，频率以及功率；UPS的输出电压，频率以及负载；观测到UPS电池组附近温度，电池电压和电流甚至电池的剩余放电时间和UPS已运行时间。

3.3维护

在UPS日常维护工作中，必须注意适当的环境条件，保持通风口开放，并减少灰尘的进入。

对于电池组的维护，UPS要求较高。电池的使用寿命是3～6年，主要依据运行温度和充放电循环的次数。当一块新的电池装入UPS电池组后，UPS的自动电池测试功能将会在安装后的第一次开机时对该电池进行测试，确保安全运行。当电池老化或故障时，报警信息会出现，提示电池组需尽快更换。

4 结论

由于在某研究堆的应急供电系统的设计选型时采用了高品质的UPS电源设备，并在使用中注意了正确操作和维护保养，至今未出现任何故障。最早的两台UPS至今已使用了15年，最近的一台也已经使用了9年。另外，UPS电池的更换年限为5年，优于常规的3年左右的寿命。

经过多年来的运行情况表明，技术改造后的某研究堆应急供电系统，在充分利用某研究堆所具有的良好固有安全性这一特点的基础上，以UPS电源装置组成了静止式新型应急电源系统，从而大大地减化了系统、降低了投资，在使用时操作简单，维护方便，并显著地提高了系统的安全性和可靠性，大幅度减少了运行成本。

[1]《工厂常用电气设备手册》编写组．工厂常用电气设备手册[M]．2版．北京：中国电力出版社，1998．

[2]马志溪．电气工程设计[M]．北京：机械工业出版社，2002．

[3]齐占庆，王振臣．电气控制技术[M]．北京：机械工业出版社，2002．

TL4

A

1674-6708（2016）171-0213-02

杜双，中国核动力研究设计院。余峰，中国核动力研究设计院。陈梦雪，中国核动力研究设计院。