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1、1单元 220V 交流不间断电源摘要：单元 220V 交流不间断电源系统（简称 UPS），相当于发电机组的供血中心；UPS 工作的可靠性直接关系着发电机组的安全、稳定运行。针对抚顺发电厂 2号机 UPS 所发生三起典型的断电故障和异常运行情况，根据 UPS 装置的工作原理，对其故障现象和原因进行分析，并提出了解决办法和实施措施；可供同类用户参考、借鉴。 关键词：交流 不间断电源断 电故障 分析措施 交流不间断电源系统概述抚顺发电厂 2 号机为 2002 年 6 月投产的 200MW 采暖、凝汽两用式汽轮发电机组。其单元 220V 不间断电源系统选用由美国 GUTOR 公司生产，青岛整流器厂经销
2、的 PEW1000 型 UPS 系统；该系统只供重要的调节、控制、保护仪表监测和重要信号电源，不做一般负荷电源。1.1 设备规范及特性整流器额定输入电压：380V10%（三相电源）旁路隔离变额定输入电压:380V10%（二相电源）逆变器额定输入直流电压：220V额定容量：40KVA2额定输出电流：182A稳态电压特性：1%动态电压特性：波峰小于 8%，稳定时间小于 40 毫秒。输出频率：与交流输入同步。波形失真：小于 5%。1.2 运行方式UPS 正常运行时需三路输入电源，其一为主市电；其二为备用市电；其三为蓄电池。当主市电中断时，由电池经逆变后向负载供电，电池放电终了或 UPS 故障时，UP
3、S 系统由备用市电供电。1.2.1UPS 系统正常运行方式：UPS 正常运行时，由主回路向 UPS 系统供电，以 380V 厂用母线为电源，经自藕变压器后输入整流器（6 脉冲晶闸管整流桥）将交流电压转换为直流电压，再经滤波电抗器滤除直流电压的谐波，输入脉宽调制逆变器（TSM 半导体开关组件和IGBT 功率器件）转换为交流电压，由滤波电抗器滤除来自逆变器输出中的谐波电压，以使逆变变压器输出端电压获得低非线性失真的正弦波，再经可选择的静态开关至 Q050 开关，将 220V、50Hz 交流电送到 UPS 配电屏。1.2.2UPS 系统蓄电池供电运行方式：当系统停电或整流器输入电压超出允许范围时，U
4、PS 由蓄电池供电，直流电经3直流隔离二极管（因我厂 UPS 系统未设置单独的电池组）和电池扼流圈（以减少单相逆变器在电池中产生的脉动），输入脉宽调制逆变器完成向负载供电。1.2.3UPS 系统自动旁路运行方式：当主回路失电或逆变器故障时，可以由备用市电向 UPS 系统供电，备用市电经隔离变压器（初/次级变比为 380/230）将系统输出与电网完全隔离后，送到稳压调压器后将输出电压自动、电动或手动调整（调压范围：176264V，超压：15%，超压精度：220V10%， ），经静态旁路开关（由自然换相的三组反向并联晶闸管组成）向负载供电。1.2.4UPS 系统手动旁路运行方式：当 UPS 系统整
5、机需要脱离电网运行时，即可利用先合后分手动旁路开关（Q050）完成 UPS 整机退出电网，关断备用市电至静态旁路供电开关，拆除F021、F028 保险以便于 UPS 检修，同时旁路系统仍为负载供电。故障发生及分析2.1 发现问题2 号机投产以来共发生 UPS 电源中断事故三起，一次引起保护动作跳闸停机，两次造成机组被迫打闸停运；其故障性质恶劣，严重影响机组安全、稳定运行。下面将对事故过程进行叙述、分析。事件 1： 2002 年 7 月 29 日 14 点 37 分，启动 2 号给水泵时，UPS 电源中断，4造成 DCS 系统及工业监视器电源消失；机组失去所有远方监视及控制手段，远方打闸不良，运
6、行人员立即就地打闸停机。到 UPS 室就地检查时发现不停电段电压消失，立即手切 Q050 开关至 BYPASS 位置（手动旁路），由备用市电经手动旁路向负载供电。UPS 系统恢复供电后，机组再次启动；同时查 UPS 事故追忆，有以下报警：逆变器输出熔断或逆变器输入开关断开； 系统一个或多个风扇故障； 逆变器输出电压超限或逆变器单元温度高。 原因分析：由于 2 号给水泵电源取至 6KVA 段，而 2 号低工变（带 380V 厂用B 段运行）也取至 6KVA 段，并且 UPS 主回路市电和保安段工作电源均取至 380V 厂用B 段；所以在对 6KV 母线电压监视不足时，启动给水泵，因瞬间启动电流，
7、而引起 UPS 系统输入端两路电源电压均大幅度降低，而转为蓄电池供电同时逆变器输出熔断器 F021 熔断，造成 UPS 供电中断。事件 2： 2002 年 8 月 18 日 1 点 5 分，380V 厂用B 段工作电源 812B 开关跳闸，备自投装置未动作造成 380V 厂用B 段失电；保安段工作电源 052 开关跳闸，备自投动作正确，保安段工作正常；而 UPS 系统母线电压降至 177V 造成 DCS 系统计算机死机，此时处在备用状态的 EH 油泵误启动，造成 EH 油泵出口油管路漏泄，EH 油箱油位低，EH 油泵跳闸，EH 油压低保护动作机组跳闸。原因分析：因为稳压调压器调压电机电源接于主
8、回路，所以 UPS 系统处于“自动控制”方式工作，当稳压调压器输入电源突然中断时，控制系统即发出指令，使5调压器输出自动降到下限值；并发出报警，等待电源再度恢复时，控制系统再度将调压器输出自动调节到整定值。而转为蓄电池供电同时逆变器输出熔断器 F021再次熔断，由于电压波动较大致使静态开关自动关断，造成 UPS 供电中断。事件 3： 2003 年 5 月 23 日 6 点 18 分，启动 2 号给水泵时，UPS 电源再次中断，造成监视与控制系统断电，运行人员失去监控手段，远方打闸不良，则就地打闸停机。此次事件前，5 月 19 日 5 点 10 分，UPS 母线电压下降至 207V，经检查发现逆
9、变器输出熔断器断、逆变器输出与旁路不同步、系统风扇故障报警，UPS 自动由主回路切至静态旁路供电，同时发现旁路电压调整装置失灵，稳压调压器手动、自动均不可调。原因分析：由于主回路供电的故障和 F021 保险多次不正常的熔断，而保安段（即备用市电电源）由 380V 厂用B 段供电，因为 2 号低工变（是 380V 厂用B段的工作电源）和 2 号给水泵都是 6KVA 段负荷，所以启动 2 号给水泵造成6KV 母线电压下降，导致保安段电压下降，而稳压调压器调压电机电源取至主回路，使稳压调压器自动调压失灵造成静态旁路的可控硅静态开关在电压波动超过10%自动关断，从而使 UPS 失电。2.2 总结问题经
10、过上述事件及对系统工件原理分析，抚顺发电厂 2 号机 UPS 系统运行问题总结如下：第一，UPS 供电中断或故障，均发现 F021 保险熔断，并有 UPS 系统同步故障报警。F021 为逆变器输出熔断器，只有当逆变器出现严重故障时保护负载，几次6就地测量旁路电压和旁路与输出间电压及频率均未超限；因而怀疑 UPS 主控板是否有故障或程序缺陷。第二，一旦逆变器出现故障（即 F021 熔断），系统将转换至静态旁路运行，而静态旁路供电稳定性差的因素在此过程逐渐被暴露出来；因为稳压调压器不能保证备用市电电压在10%以内波动，所以电压超限后，静态开关自动关断。第三，由稳压调压器稳压精度与投产前试验数据（如
11、下表）比较结果证明稳压调压器工作失稳，导致电压波动不稳定使静态开关自动关断；所以稳压调压器需严格检修、检查。2001 年 4 月 24 日：稳压调压器自动稳压性能测试：交流输入电压（V）交流输入电流（A）交流输出电压（V）稳压精度418100%=2002217+0.5%50%=100220.50220380100%=200221+0.5%50%=100220.40220342100%=200220.9+0.5%50%=100220.480220第四，为防止稳压调压器在“自动”方式下由于故障而失控，使调压器输出电压远离整定值，特设有过压、欠压保护电路。当输出电压超出整定值10%时，保护环节立即切
12、断调压电机电源，此时只可以手动调压。第五，当电池放电终了或 UPS 故障时，UPS 向负载供电电源只有备用市电。若备电电压超出标准，UPS 拒绝切换，势必造成供电中断。因此备用市电的质量对UPS 系统来讲是至关重要的。第六，在闭合电池开关之前必须先将 UPS 主机的充电器开启，待其输出电压升至额定值后，才能操作电池开关使其闭合。因为在 UPS 的直流回路中，有一组容量比较大的电解电容器，过高的电压差，将使电容器的充电电流过大，一则可能使电容器损坏，二则可能使开关触点烧坏，甚至伤及人体。第七， Q050 开关是先合后断式，具有两个位置，当开关处于位置“AUTO”（正常运行）时，负载由 UPS 系
13、统供电（逆变器或静态旁路）；当开关处于位置“BYPASS”，负载直接由备用市电供电， UPS 主机可以退出运行，但此时若备用市电中断，UPS 系统即将断电。第八，UPS 系统故障必定会造成 DCS 系统失电，当 DCS 系统故障时，不仅INFI90 计算机控制系统失灵，而且大部分保护及联锁也将失效；由汽轮机远方打闸不良、EH 油泵误启动可见，设法提高 UPS 系统可靠性至关重要。9解决办法与建议实施 3.1 为改善 UPS 系统缺陷，提高其运行可靠性，特此建议采取以下解决办法。缺陷未排除前，采取相关技术措施，设法提高母线电压，以克服 UPS 系统不安全运行隐患。 立即联系青岛整流器厂，令其来人
14、诊断故障并提供质量合格的 UPS 主控板，以便及时更换。 联系厂家对稳压调压器所出现的手动、自动均失调现象查找原因，并进行处理；以提高设备健康水平。 将 UPS 系统主回路电源由 380V 厂用B 段改接在 380V 公用A 段上运行，以提高输入市电质量。 设法尽快恢复 UPS 系统主回路供电，在空载状态下完成各项试验；并进一步考验静态旁路持续供电能力。 3.2 配合厂家处理缺陷今年 5 月 26 日厂家派专业维护人员来做售后服务，再更换 F021 保险后，UPS主回路空载运行，以考验 UPS 主控板（因怀疑此主控板有故障）；主回路于 14 点55 分投入后，17 点 45 分逆变器关断。次日
15、，连续三次启动逆变器，均在 5 分钟内关断；厂家确认 UPS 主控板故障，将 UPS 主控板更换备用板，并进行修复（备用板系为存在缺陷未能出厂元件），并将主回路在空载状态下运行观察。在与厂家联系更换 UPS 主控板后切主回路运行，发现 2 号充电机直流输出电10流升至 78A 左右（原来主回路运行时 10A 左右）；组蓄电池充放电电流表指示为 0，直流母线电压为 230V；经检查蓄电池及直流隔离二极管均运行正常，随后停止 2 号充电机运行，组蓄电池放电电流为 12A，又因为此时，3 号充电机空载运行时输出电压摆动大，所以再次启动 2 号充电机维持 UPS 系统运行（附图 2 为2 号机直流系统
16、运行方式简图）。经过全面查找原因发现厂家更换的 UPS 主控板集成块中的程序设置没有按现场实际刷新，即主回路输入的交流电压略低于额定电压，因此整流器输出电压低于 220V，而直流母线电压又高于 220V，所以逆变器输入电源自动转换到直流系统供电。由于 UPS 装置中稳压管的特性，机组运行中无法修改程序，必须停机处理。鉴于上述情况，为保证机组的安全运行，特规定以下临时运行措施：保持发电机出口电压在 15.65KV 以上运行，以保证 6KV 厂用母线电压为额定；加强对 2 号机 UPS 系统的检查，保证检查时间间隔不超过 1 小时并做好详细记录。 UPS 系统由直流系统供电同时，注意直流母线负荷变化情况；非事故状态下禁止启动直流负荷，以免造成充电机过载或母线电压波动而引起 UPS 系统断电事故。 保安段主电源改为由保安变供电，380V 厂用B 段进线开关联动备用，以提高UPS 系统备用市电质量；同时注意 1 号机保安段及 10.5KV 母线运行情况，防止造成电压波动或变压器过载。 运行中严禁拉开 UPS 直流备用电源，逆变器运行中，严禁将 Q05
