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1. 交流不間斷電源系統(tǒng)概述
撫順發(fā)電廠2號(hào)機(jī)為2002年6月投產(chǎn)的200MW采暖、凝汽兩用式汽輪發(fā)電機(jī)組。其單元220V不間斷電源系統(tǒng)選用由美國(guó)GUTOR公司生產(chǎn)，青島整流器廠經(jīng)銷的PEW1000型UPS系統(tǒng)；該系統(tǒng)只供重要的調(diào)節(jié)、控制、保護(hù)儀表監(jiān)測(cè)和重要信號(hào)電源，不做一般負(fù)荷電源。
1.1 設(shè)備規(guī)范及特性
整流器額定輸入電壓：380V±10%（三相電源）
旁路隔離變額定輸入電壓: 380V±10%（二相電源）
逆變器額定輸入直流電壓：220V
額定容量：40KVA
額定輸出電流：182A
穩(wěn)態(tài)電壓特性：1%
動(dòng)態(tài)電壓特性：波峰小于8%，穩(wěn)定時(shí)間小于40毫秒。
輸出頻率：與交流輸入同步。
波形失真：小于5%。
1.2 運(yùn)行方式
UPS正常運(yùn)行時(shí)需三路輸入電源，其一為主市電；其二為備用市電；其三為蓄電池。當(dāng)主市電中斷時(shí)，由電池經(jīng)逆變后向負(fù)載供電，電池放電終了或UPS故障時(shí)，UPS系統(tǒng)由備用市電供電。
1.2.1 UPS系統(tǒng)正常運(yùn)行方式：
UPS正常運(yùn)行時(shí)，由主回路向UPS系統(tǒng)供電，以380V廠用母線為電源，經(jīng)自藕變壓器后輸入整流器（6脈沖晶閘管整流橋）將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，再經(jīng)濾波電抗器濾除直流電壓的諧波，輸入脈寬調(diào)制逆變器（TSM半導(dǎo)體開關(guān)組件和IGBT功率器件）轉(zhuǎn)換為交流電壓，由濾波電抗器濾除來自逆變器輸出中的諧波電壓，以使逆變變壓器輸出端電壓獲得低非線性失真的正弦波，再經(jīng)可選擇的靜態(tài)開關(guān)至Q050開關(guān)，將220V、50Hz交流電送到UPS配電屏。
1.2.2 UPS系統(tǒng)蓄電池供電運(yùn)行方式：
當(dāng)系統(tǒng)停電或整流器輸入電壓超出允許范圍時(shí)，UPS由蓄電池供電，直流電經(jīng)直流隔離二極管（因我廠UPS系統(tǒng)未設(shè)置單獨(dú)的電池組）和電池扼流圈（以減少單相逆變器在電池中產(chǎn)生的脈動(dòng)），輸入脈寬調(diào)制逆變器完成向負(fù)載供電。
1.2.3 UPS系統(tǒng)自動(dòng)旁路運(yùn)行方式：
當(dāng)主回路失電或逆變器故障時(shí)，可以由備用市電向UPS系統(tǒng)供電，備用市電經(jīng)隔離變壓器（初/次級(jí)變比為380/230）將系統(tǒng)輸出與電網(wǎng)完全隔離后，送到穩(wěn)壓調(diào)壓器后將輸出電壓自動(dòng)、電動(dòng)或手動(dòng)調(diào)整（調(diào)壓范圍：176~264V，超壓：1~5%，超壓精度：220V±10%，），經(jīng)靜態(tài)旁路開關(guān)（由自然換相的三組反向并聯(lián)晶閘管組成）向負(fù)載供電。
1.2.4 UPS系統(tǒng)手動(dòng)旁路運(yùn)行方式：
當(dāng)UPS系統(tǒng)整機(jī)需要脫離電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，即可利用先合后分手動(dòng)旁路開關(guān)（Q050）完成UPS整機(jī)退出電網(wǎng)，關(guān)斷備用市電至靜態(tài)旁路供電開關(guān)，拆除F021、F028保險(xiǎn)以便于UPS檢修，同時(shí)旁路系統(tǒng)仍為負(fù)載供電。
附圖1：撫順發(fā)電廠2號(hào)機(jī)UPS系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
2. 故障發(fā)生及分析
2.1 發(fā)現(xiàn)問題
2號(hào)機(jī)投產(chǎn)以來共發(fā)生UPS電源中斷事故三起，一次引起保護(hù)動(dòng)作跳閘停機(jī)，兩次造成機(jī)組被迫打閘停運(yùn)；其故障性質(zhì)惡劣，嚴(yán)重影響機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。下面將對(duì)事故過程進(jìn)行敘述、分析。
事件1： 2002年7月29日14點(diǎn)37分，啟動(dòng)2號(hào)給水泵時(shí)，UPS電源中斷，造成DCS系統(tǒng)及工業(yè)監(jiān)視器電源消失；機(jī)組失去所有遠(yuǎn)方監(jiān)視及控制手段，遠(yuǎn)方打閘不良，運(yùn)行人員立即就地打閘停機(jī)。到UPS室就地檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)不停電段電壓消失，立即手切Q050開關(guān)至BYPASS位置（手動(dòng)旁路），由備用市電經(jīng)手動(dòng)旁路向負(fù)載供電。UPS系統(tǒng)恢復(fù)供電后，機(jī)組再次啟動(dòng)；同時(shí)查UPS事故追憶，有以下報(bào)警：
a. 逆變器輸出熔斷或逆變器輸入開關(guān)斷開；
b. 系統(tǒng)一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇故障；
c. 逆變器輸出電壓超限或逆變器單元溫度高。
原因分析：由于2號(hào)給水泵電源取至6KVⅡA段，而2號(hào)低工變（帶380V廠用ⅡB段運(yùn)行）也取至6KVⅡA 段，并且UPS主回路市電和保安段工作電源均取至380V廠用ⅡB段；所以在對(duì)6KV母線電壓監(jiān)視不足時(shí)，啟動(dòng)給水泵，因瞬間啟動(dòng)電流，而引起UPS系統(tǒng)輸入端兩路電源電壓均大幅度降低，而轉(zhuǎn)為蓄電池供電同時(shí)逆變器輸出熔斷器F021熔斷，造成UPS供電中斷。
事件2： 2002年8月18日1點(diǎn)5分，380V廠用ⅡB段工作電源812B開關(guān)跳閘，備自投裝置未動(dòng)作造成380V廠用ⅡB段失電；保安段工作電源052開關(guān)跳閘，備自投動(dòng)作正確，保安段工作正常；而UPS系統(tǒng)母線電壓降至177V造成DCS系統(tǒng)計(jì)算機(jī)死機(jī)，此時(shí)處在備用狀態(tài)的EH油泵誤啟動(dòng)，造成EH油泵出口油管路漏泄，EH油箱油位低，EH油泵跳閘，EH油壓低保護(hù)動(dòng)作機(jī)組跳閘。
原因分析：因?yàn)榉€(wěn)壓調(diào)壓器調(diào)壓電機(jī)電源接于主回路，所以UPS系統(tǒng)處于“自動(dòng)控制”方式工作，當(dāng)穩(wěn)壓調(diào)壓器輸入電源突然中斷時(shí)，控制系統(tǒng)即發(fā)出指令，使調(diào)壓器輸出自動(dòng)降到下限值；并發(fā)出報(bào)警，等待電源再度恢復(fù)時(shí)，控制系統(tǒng)再度將調(diào)壓器輸出自動(dòng)調(diào)節(jié)到整定值。而轉(zhuǎn)為蓄電池供電同時(shí)逆變器輸出熔斷器F021再次熔斷，由于電壓波動(dòng)較大致使靜態(tài)開關(guān)自動(dòng)關(guān)斷，造成UPS供電中斷。
事件3： 2003年5月23日6點(diǎn)18分，啟動(dòng)2號(hào)給水泵時(shí)，UPS電源再次中斷，造成監(jiān)視與控制系統(tǒng)斷電，運(yùn)行人員失去監(jiān)控手段，遠(yuǎn)方打閘不良，則就地打閘停機(jī)。
此次事件前，5月19日5點(diǎn)10分，UPS母線電壓下降至207V，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)逆變器輸出熔斷器斷、逆變器輸出與旁路不同步、系統(tǒng)風(fēng)扇故障報(bào)警，UPS自動(dòng)由主回路切至靜態(tài)旁路供電，同時(shí)發(fā)現(xiàn)旁路電壓調(diào)整裝置失靈，穩(wěn)壓調(diào)壓器手動(dòng)、自動(dòng)均不可調(diào)。
原因分析： 由于主回路供電的故障和F021保險(xiǎn)多次不正常的熔斷， 而保安段（即備用市電電源）由380V廠用ⅡB段供電，因?yàn)?號(hào)低工變（是380V廠用ⅡB段的工作電源）和2號(hào)給水泵都是6KVⅡA段負(fù)荷，所以啟動(dòng)2號(hào)給水泵造成6KV母線電壓下降，導(dǎo)致保安段電壓下降，而穩(wěn)壓調(diào)壓器調(diào)壓電機(jī)電源取至主回路，使穩(wěn)壓調(diào)壓器自動(dòng)調(diào)壓失靈造成靜態(tài)旁路的可控硅靜態(tài)開關(guān)在電壓波動(dòng)超過±10%自動(dòng)關(guān)斷，從而使UPS失電。
2.2 總結(jié)問題
經(jīng)過上述事件及對(duì)系統(tǒng)工件原理分析，撫順發(fā)電廠2號(hào)機(jī)UPS系統(tǒng)運(yùn)行問題總結(jié)如下：
第一，UPS供電中斷或故障，均發(fā)現(xiàn)F021保險(xiǎn)熔斷，并有UPS系統(tǒng)同步故障報(bào)警。F021為逆變器輸出熔斷器，只有當(dāng)逆變器出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)保護(hù)負(fù)載，幾次就地測(cè)量旁路電壓和旁路與輸出間電壓及頻率均未超限；因而懷疑UPS主控板是否有故障或程序缺陷。
第二，一旦逆變器出現(xiàn)故障（即F021熔斷），系統(tǒng)將轉(zhuǎn)換至靜態(tài)旁路運(yùn)行，而靜態(tài)旁路供電穩(wěn)定性差的因素在此過程逐漸被暴露出來；因?yàn)榉€(wěn)壓調(diào)壓器不能保證備用市電電壓在±10%以內(nèi)波動(dòng)，所以電壓超限后，靜態(tài)開關(guān)自動(dòng)關(guān)斷。
第三，由穩(wěn)壓調(diào)壓器穩(wěn)壓精度與投產(chǎn)前試驗(yàn)數(shù)據(jù)（如下表）比較結(jié)果證明穩(wěn)壓調(diào)壓器工作失穩(wěn)，導(dǎo)致電壓波動(dòng)不穩(wěn)定使靜態(tài)開關(guān)自動(dòng)關(guān)斷；所以穩(wěn)壓調(diào)壓器需嚴(yán)格檢修、檢查。
2001年4月24日：穩(wěn)壓調(diào)壓器自動(dòng)穩(wěn)壓性能測(cè)試：
交流輸入電壓（V） 交流輸入電流（A） 交流輸出電壓（V） 穩(wěn)壓精度
418 100%=200 221 +0.5%
50%=100 220.5
0 220
380 100%=200 221 +0.5%
50%=100 220.4
0 220
342 100%=200 220.9 +0.5%
50%=100 220.4
0 220
第四，為防止穩(wěn)壓調(diào)壓器在“自動(dòng)”方式下由于故障而失控，使調(diào)壓器輸出電壓遠(yuǎn)離整定值，特設(shè)有過壓、欠壓保護(hù)電路。當(dāng)輸出電壓超出整定值±10%時(shí)，保護(hù)環(huán)節(jié)立即切斷調(diào)壓電機(jī)電源，此時(shí)只可以手動(dòng)調(diào)壓。
第五，當(dāng)電池放電終了或UPS故障時(shí)，UPS向負(fù)載供電電源只有備用市電。若備電電壓超出標(biāo)準(zhǔn)，UPS拒絕切換，勢(shì)必造成供電中斷。因此備用市電的質(zhì)量對(duì)UPS系統(tǒng)來講是至關(guān)重要的。
第六，在閉合電池開關(guān)之前必須先將UPS主機(jī)的充電器開啟，待其輸出電壓升至額定值后，才能操作電池開關(guān)使其閉合。因?yàn)樵赨PS的直流回路中，有一組容量比較大的電解電容器，過高的電壓差，將使電容器的充電電流過大，一則可能使電容器損壞，二則可能使開關(guān)觸點(diǎn)燒壞，甚至傷及人體。
第七， Q050開關(guān)是先合后斷式，具有兩個(gè)位置，當(dāng)開關(guān)處于位置“AUTO”（正常運(yùn)行）時(shí)，負(fù)載由UPS系統(tǒng)供電（逆變器或靜態(tài)旁路）；當(dāng)開關(guān)處于位置“BYPASS”，負(fù)載直接由備用市電供電， UPS主機(jī)可以退出運(yùn)行，但此時(shí)若備用市電中斷，UPS系統(tǒng)即將斷電。
第八，UPS系統(tǒng)故障必定會(huì)造成DCS系統(tǒng)失電，當(dāng)DCS系統(tǒng)故障時(shí)，不僅INFI90計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)失靈，而且大部分保護(hù)及聯(lián)鎖也將失效；由汽輪機(jī)遠(yuǎn)方打閘不良、EH油泵誤啟動(dòng)可見，設(shè)法提高UPS系統(tǒng)可靠性至關(guān)重要。
3. 解決辦法與建議實(shí)施
3.1 為改善UPS系統(tǒng)缺陷，提高其運(yùn)行可靠性，特此建議采取以下解決辦法。
a. 缺陷未排除前，采取相關(guān)技術(shù)措施，設(shè)法提高母線電壓，以克服UPS系統(tǒng)不安全運(yùn)行隱患。
b. 立即聯(lián)系青島整流器廠，令其來人診斷故障并提供質(zhì)量合格的UPS主控板，以便及時(shí)更換。
c. 聯(lián)系廠家對(duì)穩(wěn)壓調(diào)壓器所出現(xiàn)的手動(dòng)、自動(dòng)均失調(diào)現(xiàn)象查找原因，并進(jìn)行處理；以提高設(shè)備健康水平。
d. 將UPS系統(tǒng)主回路電源由380V廠用ⅡB段改接在380V公用ⅡA段上運(yùn)行，以提高輸入市電質(zhì)量。
e. 設(shè)法盡快恢復(fù)UPS系統(tǒng)主回路供電，在空載狀態(tài)下完成各項(xiàng)試驗(yàn)；并進(jìn)一步考驗(yàn)靜態(tài)旁路持續(xù)供電能力。
3.2 配合廠家處理缺陷
今年5月26日廠家派專業(yè)維護(hù)人員來做售后服務(wù)，再更換F021保險(xiǎn)后，UPS主回路空載運(yùn)行，以考驗(yàn)UPS主控板（因懷疑此主控板有故障）；主回路于14點(diǎn)55分投入后，17點(diǎn)45分逆變器關(guān)斷。次日，連續(xù)三次啟動(dòng)逆變器，均在5分鐘內(nèi)關(guān)斷；廠家確認(rèn)UPS主控板故障，將UPS主控板更換備用板，并進(jìn)行修復(fù)（備用板系為存在缺陷未能出廠元件），并將主回路在空載狀態(tài)下運(yùn)行觀察。
在與廠家聯(lián)系更換UPS主控板后切主回路運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)2號(hào)充電機(jī)直流輸出電流升至78A左右（原來主回路運(yùn)行時(shí)10A左右）；Ⅱ組蓄電池充放電電流表指示為0，直流母線電壓為230V；經(jīng)檢查蓄電池及直流隔離二極管均運(yùn)行正常，隨后停止2號(hào)充電機(jī)運(yùn)行，Ⅱ組蓄電池放電電流為12A，又因?yàn)榇藭r(shí)，3號(hào)充電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)輸出電壓擺動(dòng)大，所以再次啟動(dòng)2號(hào)充電機(jī)維持UPS系統(tǒng)運(yùn)行（附圖2為2號(hào)機(jī)直流系統(tǒng)運(yùn)行方式簡(jiǎn)圖）。 附圖2：撫順發(fā)電廠直流Ⅱ系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
經(jīng)過全面查找原因發(fā)現(xiàn)廠家更換的UPS主控板集成塊中的程序設(shè)置沒有按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際刷新，即主回路輸入的交流電壓略低于額定電壓，因此整流器輸出電壓低于220V，而直流母線電壓又高于220V，所以逆變器輸入電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換到直流系統(tǒng)供電。由于UPS裝置中穩(wěn)壓管的特性，機(jī)組運(yùn)行中無法修改程序，必須停機(jī)處理。鑒于上述情況，為保證機(jī)組的安全運(yùn)行，特規(guī)定以下臨時(shí)運(yùn)行措施：
a. 保持發(fā)電機(jī)出口電壓在15.65KV以上運(yùn)行，以保證6KV廠用母線電壓為額定；加強(qiáng)對(duì)2號(hào)機(jī)UPS系統(tǒng)的檢查，保證檢查時(shí)間間隔不超過1小時(shí)并做好詳細(xì)記錄。
b. UPS系統(tǒng)由直流系統(tǒng)供電同時(shí)，注意直流母線負(fù)荷變化情況；非事故狀態(tài)下禁止啟動(dòng)直流負(fù)荷，以免造成充電機(jī)過載或母線電壓波動(dòng)而引起UPS系統(tǒng)斷電事故。
c. 保安段主電源改為由保安變供電，380V廠用ⅡB段進(jìn)線開關(guān)聯(lián)動(dòng)備用，以提高UPS系統(tǒng)備用市電質(zhì)量；同時(shí)注意1號(hào)機(jī)保安段及10.5KV母線運(yùn)行情況，防止造成電壓波動(dòng)或變壓器過載。
d. 運(yùn)行中嚴(yán)禁拉開UPS直流備用電源，逆變器運(yùn)行中，嚴(yán)禁將Q050開關(guān)由AUTO（自動(dòng)運(yùn)行位置）切至BYAPASS（手動(dòng)旁路位置）；以免人為造成逆變器出口F021保險(xiǎn)熔斷。
e. 如果發(fā)現(xiàn)UPS已自動(dòng)切至靜態(tài)旁路運(yùn)行，應(yīng)短時(shí)間內(nèi)將Q050開關(guān)切手動(dòng)旁路運(yùn)行；但操作Q050開關(guān)前必須檢查UPS主機(jī)處于“Bypasss operation”(自動(dòng)旁路運(yùn)行狀態(tài))下才可以操作Q050開關(guān)；并保持保安段電壓穩(wěn)定、可靠。
f. 穩(wěn)壓調(diào)壓器在“自動(dòng)調(diào)壓”或“電動(dòng)調(diào)壓”方式運(yùn)行時(shí)，如出現(xiàn)報(bào)警燈亮或主回路斷電，則應(yīng)立即啟動(dòng)“手動(dòng)”按鈕，然后撥出調(diào)壓器上的手輪并正反轉(zhuǎn)動(dòng)，使感應(yīng)調(diào)壓器實(shí)施升、降壓調(diào)節(jié)，使門板上電壓表讀數(shù)為額定值。
g. 若靜態(tài)旁路運(yùn)行時(shí)，禁止Q050在未切手動(dòng)旁路供電前啟動(dòng)6KVⅡA段大容量電動(dòng)機(jī)；以防造成靜態(tài)開關(guān)在電壓波動(dòng)超過±10%時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷造成UPS斷電。
3.3 將主回路電源改接
2號(hào)機(jī)UPS系統(tǒng)主回路和備用市電分別取至380V廠用ⅡB段和保安段，而保安段的工作電源也取至380V廠用ⅡB段；這樣一來，造成UPS系統(tǒng)的兩套電源正常工作時(shí)，均由2號(hào)低工變供電。也就是說當(dāng)380V廠用ⅡB段故障或2號(hào)低工變跳閘時(shí)，對(duì)UPS系統(tǒng)都產(chǎn)生一定影響，對(duì)備自投裝置動(dòng)作的可靠性與快速性有著較高的要求；一旦備自投裝置拒動(dòng)后果嚴(yán)重。另外，當(dāng)380V廠用ⅡB段供電質(zhì)量較差時(shí)，嚴(yán)重影響UPS系統(tǒng)供電穩(wěn)定性。分析上述情況后，特此將UPS系統(tǒng)主回路電源由380V廠用ⅡB段改接至380V公用ⅡA段，以提高輸入市電的質(zhì)量。于今年6月30日，將2號(hào)機(jī)UPS系統(tǒng)主回路電源改接為380V公用ⅡA段供電，在改接成功后，UPS系統(tǒng)處于主回路連續(xù)運(yùn)行近1000小時(shí)，未出現(xiàn)不良情況。
4. 結(jié)束語
當(dāng)前，UPS系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用都非常廣泛，特別是單元制發(fā)電機(jī)組大多均采用進(jìn)口UPS設(shè)備為其重要負(fù)荷提供高質(zhì)量市電；整套裝置的可靠性、技術(shù)水平以及自動(dòng)化程度多數(shù)較為理想。針對(duì)撫順發(fā)廠2號(hào)機(jī)UPS系統(tǒng)所發(fā)生幾次故障及異常，通過分析、處理及改進(jìn)UPS系統(tǒng)客觀環(huán)境，保證了UPS系統(tǒng)供電的可靠性及穩(wěn)定性，對(duì)發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義。
