大型火電機(jī)組熱控UPS裝置斷電事故現(xiàn)象及設(shè)計(jì)改進(jìn)

秦世強(qiáng)

摘 要：UPS系統(tǒng)最為顯著的優(yōu)勢在于可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)性和可靠性極高的熱控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連續(xù)供電，繼而滿足發(fā)電機(jī)組的熱控計(jì)算機(jī)負(fù)載要求，降低熱控工程師站電源故障帶來的機(jī)組影響，避免火電機(jī)組的惡性停電事故。本文主要論述了大型火電機(jī)組熱控計(jì)算機(jī)UPS系統(tǒng)裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，并分析了UPS裝置斷電事故的產(chǎn)生原因，并提出了設(shè)計(jì)改進(jìn)意見。

關(guān)鍵詞：UPS系統(tǒng)； 設(shè)計(jì)； 系統(tǒng)；斷電

1 UPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵

1.1 UPS系統(tǒng)概述

隨著現(xiàn)代社會人們的生活水平的快速提高，社會生產(chǎn)與生活用電的需求急劇增大，進(jìn)一步對電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求?，F(xiàn)代大型發(fā)電機(jī)組采用了復(fù)雜的熱工自動化 DCS 系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)，其交流 220V 電源要求穩(wěn)定可靠、連續(xù)、純凈的供應(yīng)。UPS隨之應(yīng)運(yùn)而生，其最為顯著的優(yōu)勢在于可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)性和可靠性極高的連續(xù)供電，繼而滿足發(fā)電機(jī)組熱控計(jì)算機(jī)工程師站的負(fù)載要求，降低UPS電源故障帶來的熱控拒動、誤動影響，避免因UPS裝置引發(fā)發(fā)電機(jī)組的惡性停電事故。

發(fā)電廠對于UPS的選擇有兩種，一種是靜態(tài)逆變裝置，另一種是逆變機(jī)組。其中逆變機(jī)組的選擇需要同時接入一個工作UPS和一個備用UPS，在輸出母線上還有旁路交流備用電源，系統(tǒng)輸出需要設(shè)置自動同期裝置，并且其輸出電壓的諧波失真度無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，相對逆變裝置優(yōu)勢較小，現(xiàn)階段大多數(shù)電廠設(shè)計(jì)都選用靜態(tài)逆變裝置。靜態(tài)逆變裝置通常由整流器、逆變器、靜態(tài)開關(guān)及旁路開關(guān)等四部分組成。

1.2 UPS 裝置的規(guī)劃配置

UPS 裝置正常運(yùn)行時需要三路輸入電源：主電源、旁路電源及動力直流電源。一般來說，UPS裝置正常運(yùn)行主要是由交流主電源進(jìn)行正常供給，當(dāng)主電源產(chǎn)生故障或者掉電時，UPS裝置的電源則主要為逆變器以及靜態(tài)開關(guān)供電，此時供電電源主要以直流電源，而如果靜態(tài)開關(guān)瞬間切換到了旁路電源，則此時的電源輸入則為交流市電備用電源。因此，對于UPS電源裝置的規(guī)劃配置設(shè)計(jì)十分重要，一般來說，對于火電機(jī)組熱控系統(tǒng)電源的規(guī)劃設(shè)計(jì)重點(diǎn)在以下幾個方面：

第一，對于動力直流電源輸入方式的設(shè)計(jì)，需要考慮到直流電源母線上的負(fù)載情況，一般來說，直流電源的輸入U(xiǎn)PS裝置方式可以分為兩種：一種是將UPS裝置自身控制電源輸入直接引至直流母線，則UPS裝置不能夠直流電源故障時自動接用；另一種則是將直流電源輸入接在閥控蓄電池組上，對UPS提供短暫性的供電，裝置可支持整個UPS裝置對機(jī)組熱控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行30分鐘的蓄電池組，保證熱控系統(tǒng)可靠控制機(jī)組停運(yùn)，這種接入方式的獨(dú)立性更高，也更有利于UPS裝置實(shí)現(xiàn)與主電源之間的相互獨(dú)立。

第二，對于旁路電源輸入方式的設(shè)計(jì)，則更多的是需要考慮是否需要對旁路電源的輸入進(jìn)行隔離以及采取穩(wěn)壓處理。旁路電源往往為交流市電，如果交流市電供給UPS系統(tǒng)過程中，電壓過高，則靜態(tài)開關(guān)會拒絕對旁路電源進(jìn)行切換，繼而形成供電中斷。

1.3 UPS選型

對于UPS的選型首先需要考慮到UPS的技術(shù)性能指標(biāo)有四大類：對電網(wǎng)的適應(yīng)能力，尤以本文重點(diǎn)闡述的低電壓穿越能力；滿足負(fù)載電流要求的UPS常規(guī)輸出指標(biāo)；UPS的輸出能力和可靠性；智能管理和通信功能。目前可供大型發(fā)電機(jī)組工程的UPS系統(tǒng)大多采用的進(jìn)口系列產(chǎn)品，或者是國產(chǎn)引進(jìn)國外技術(shù)生產(chǎn)的UPS產(chǎn)品。

2 基于UPS機(jī)組斷電事故現(xiàn)象及設(shè)計(jì)改進(jìn)

UPS 電源對機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，UPS 停電意味著（UPS 所接的負(fù)荷有分散控制系統(tǒng) DCS、熱控 220V AC 電源、就地點(diǎn)火控制箱、SIS 電源、汽機(jī)控制系統(tǒng) DEH、爐膛燃燒保護(hù)FSSS系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、電氣非電量保護(hù)電源等等）停機(jī)、停爐及重要熱控及電氣保護(hù)。例如： 2014年2月13日12：33， 某發(fā)電廠#7機(jī)組AGC方式運(yùn)行，負(fù)荷263MW，A、B、C、D排粉機(jī)運(yùn)行，機(jī)組各參數(shù)運(yùn)行正常。12：33啟動#7爐D磨煤機(jī)，造成6kV廠用電B段短時失壓，低廠備變切換失敗（工作在6kV廠用電B段），動力直流充電機(jī)工作電源失去，機(jī)組跳閘時交流備用油泵起壓慢，聯(lián)鎖啟動直流油泵，導(dǎo)致UPS裝置輸入低于電壓175V中斷輸出，對熱控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)停機(jī)。 13：50經(jīng)全面檢查處理后，#7爐爐膛吹掃后重新點(diǎn)火，15：10機(jī)組并列，該機(jī)組UPS裝置故障告警信息如表1所示。

該問題充分暴露出如何提高火電機(jī)組UPS 裝置的供電可靠性，是發(fā)電廠熱控及電氣工程技術(shù)人員必須認(rèn)真思考的一個問題。以下將簡要介紹幾種UPS裝置斷電事故產(chǎn)生的原因，并提出了幾種改進(jìn)設(shè)計(jì)思路。

2.1 基于UPS裝置斷電事故產(chǎn)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

隨著UPS裝置的進(jìn)一步發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)了UPS裝置與發(fā)電機(jī)組熱控及電氣保護(hù)裝置之間的兼容問題十分明顯，主要體現(xiàn)在保護(hù)卡件PE接線形式、高、低電位對地絕緣、懸浮電壓等問題，繼而有可能在UPS主電源斷電的情況下，產(chǎn)生一些過電壓、過電流等災(zāi)難性的裝置停機(jī)斷電事故。

UPS裝置空載時的工作參數(shù)，特別是輸入功率因數(shù)對于UPS 與熱控、電氣各保護(hù)裝置單元卡件設(shè)計(jì)相當(dāng)重要，大多數(shù)工程設(shè)計(jì)往往考慮到UPS裝置滿載時候的工作特性，而忽略了對空載工作特性的考慮，這種忽視有可能造成一系列的斷電事故。實(shí)踐證明，當(dāng)UPS的負(fù)載為25%時 UPS 系統(tǒng)的輸入濾波器會導(dǎo)致明顯的功率因數(shù)降低。而低功率因數(shù)雖然不會影響到UPS系統(tǒng)的輸出以及主線路上的關(guān)鍵負(fù)載，但對于熱控、電氣保護(hù)裝置卡件單元的影響是十分嚴(yán)重的，一般來說，在接入的功率因數(shù)負(fù)載較低時，系統(tǒng)處于失調(diào)狀態(tài)，繼而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的停機(jī)。發(fā)電機(jī)的停機(jī)如果發(fā)生在UPS電池放電過程中，或者是在UPS接入旁路電源時的過壓狀態(tài)，就極有可能造成整個熱控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的UPS電源裝置損壞。

表1 UPS裝置故障告警信息

基于此，對于發(fā)電機(jī)與UPS裝置的兼容設(shè)計(jì)改進(jìn)可以從以下兩個方面進(jìn)行，一方面是在UPS裝置的調(diào)試過程中，對空載參數(shù)進(jìn)行測試，相關(guān)調(diào)試人員應(yīng)該與熱控、電氣各保護(hù)裝置單元廠家的現(xiàn)場服務(wù)共同進(jìn)行系統(tǒng)測試，弄清楚UPS裝置運(yùn)行過程中，UPS裝置內(nèi)部接線與與熱控、電氣負(fù)載的工作接地關(guān)系。另一方面則是對UPS裝置內(nèi)部負(fù)載電流的校正，可以采用最大負(fù)載電流整定保護(hù)方式，讓UPS裝置當(dāng)廠用電切換、動力直流電壓故障時，不再以自身低電壓時（小于175V門檻電壓）保護(hù)動作關(guān)機(jī)，從而避免導(dǎo)致事故異常擴(kuò)大化，保證機(jī)組熱控計(jì)算機(jī)可靠執(zhí)行安全停機(jī)程序。

2.2 UPS 機(jī)組常見故障處理方式

即便UPS機(jī)組的整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電源配置、輸入功率因數(shù)都已經(jīng)校對和調(diào)試到最優(yōu)的水平，在其運(yùn)行的過程中，仍舊會產(chǎn)生幾種常見的故障，例如逆變器故障、交流廠用電故障以及旁路失效等，如果處理不好，也會產(chǎn)生斷電事故。

當(dāng)交流輸入停電或者是出現(xiàn)大范圍的波動過程，也就是交流廠用電產(chǎn)生故障的過程，UPS裝置會出現(xiàn)報(bào)警，面板狀態(tài)指示燈會顯示交流輸入燈熄滅，動力直流電池進(jìn)入放電輸出狀態(tài)，這時機(jī)組需要若再啟動直流事故油泵等重要安全停機(jī)動力，短時間內(nèi)可能將事故擴(kuò)大，造成輸入 UPS 裝置電壓瞬間過低（小于175V），輸出中斷，造成熱控計(jì)算機(jī)工程師站系統(tǒng)斷電。在不確定這種故障是否由交流輸入故障引起的時候，應(yīng)該首先檢查UPS裝置輸入開關(guān)是否跳閘以及保險(xiǎn)的熔斷情況。當(dāng)UPS出現(xiàn)逆變器故障報(bào)警的時候，首先要認(rèn)在面板上是否同時出現(xiàn)逆變器超載報(bào)警，如有，查看液晶顯示屏上的輸出電流，如超過額定電流，則關(guān)閉不重要的負(fù)荷，直到輸出電流小于額定輸出電流，然后按復(fù)位鍵消除報(bào)警后，重新啟動逆變器并輸出。

3 結(jié)語

UPS 裝置對大型發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，我們不僅要進(jìn)一步的優(yōu)化UPS裝置供電的設(shè)計(jì)與配置情況，還要在運(yùn)行中進(jìn)一步加強(qiáng)對UPS裝置的過載停機(jī)、低壓停機(jī)保護(hù)的調(diào)試、定期的維護(hù)和維修，檢查其母線對地電壓、絕緣情況、各熱控、電氣保護(hù)裝置卡件依次投入時對UPS裝置絕緣的影響，做到防患于未然，使UPS 裝置運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，確保發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定、長周期地運(yùn)行。

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