火力發(fā)電廠集控UPS旁路報警的分析與處理

潘 陽，王 義

(中外合資合肥第二發(fā)電廠，安徽 合肥 230617)

火力發(fā)電廠集控UPS旁路報警的分析與處理

潘 陽，王 義

(中外合資合肥第二發(fā)電廠，安徽 合肥 230617)

火力發(fā)電廠不間斷電源系統(tǒng)(UPS)是整個電廠電力系統(tǒng)的安全防線和重要的電氣設(shè)備?；谝黄餟PS旁路頻繁報警的異常故障，介紹故障的發(fā)現(xiàn)及排查過程，指出UPS旁路電壓與逆變器出口電壓不同步是故障原因，提出相應(yīng)的解決方案，為UPS的檢查和消缺經(jīng)驗的完善提供了參考。

火力發(fā)電廠；UPS；旁路；相位異常

0 引言

UPS(Uninterruptible Power System，不間斷電源系統(tǒng))是一種在設(shè)備遇到非計劃停電時，能夠緊急取代外接電源，保證計算機及重要電子設(shè)備得到連續(xù)、穩(wěn)定和高品質(zhì)電力供應(yīng)的可靠電源系統(tǒng)，是發(fā)電廠集中控制室關(guān)鍵電源設(shè)備。

在現(xiàn)代化的發(fā)電廠中，隨著發(fā)電機組單機容量的不斷增大，對機組的保護和控制的可靠性要求也越來越高。特別是廠內(nèi)一些重要負荷，如汽機DCS、鍋爐DCS、機爐熱控電源等對電能的質(zhì)量要求非常嚴格。然而UPS長期運行時會出現(xiàn)一些問題，如UPS電源裝置逆變器故障時備用旁路電源切換不成功、UPS蓄電池故障或UPS電源控制系統(tǒng)故障都會造成UPS輸出電壓中斷或輸出電壓品質(zhì)變差、電壓短時間失去或小幅波動，這些都可能造成機、爐失去控制或非計劃停機。現(xiàn)對UPS系統(tǒng)報警及其靜態(tài)旁路電壓波形進行分析，發(fā)現(xiàn)UPS控制系統(tǒng)的缺陷并對其進行了處理，為UPS異常報警處理提供了一種有實際參考價值和指導(dǎo)意義的處理方式。

1 UPS型號及特性

某電廠UPS采用ABB公司提供的型號為G220E220/227/2rfg-P50+EUE的裝置，其容量為50 kVA。裝置包括整流器、逆變器、靜態(tài)旁路開關(guān)、閉鎖二極管、旁路電源變壓器、電壓調(diào)整變壓器、配電屏等部件。

UPS運行情況如圖1所示，手動旁路電源來自400 V廠用A2段，靜態(tài)旁路電源來自廠用400 V保安EB段，整流器電源即直流小室220 V充電機，220 V蓄電池在集控蓄電池小室。

圖1 UPS運行示意

通過主電源整流后，在為逆變器供電的同時給蓄電池組充電，逆變器輸出連接到負載母線上，為負載供電。

當(dāng)整流器或者主電源故障時，由蓄電池為逆變器供電維持負載繼續(xù)運行。當(dāng)逆變器故障時，靜態(tài)旁路開關(guān)自動將負荷切換到旁路電源供電。保證負荷的不間斷供電。當(dāng)UPS內(nèi)裝置檢修或者試驗時，可以切換到手動旁路。

2 異常現(xiàn)象簡述

該廠1號機組UPS電源裝置自2001年投運以來，一直運行穩(wěn)定，且工作環(huán)境優(yōu)良。自集控運行人員于2015-07-31發(fā)現(xiàn)UPS裝置間斷發(fā)出“旁路閉鎖”報警以來，UPS裝置便陸續(xù)間斷發(fā)生報警，報警頻率每天幾次至幾十次不等。

當(dāng)面板正常時，運行指示燈綠燈正常指示；當(dāng)面板異常時，控制面板旁路報警指示紅燈亮。此外，控制模塊上A12板的H307紅燈變亮，表示“總線電源與逆變器存在相位偏差”；當(dāng)逆變器停下時，該信號也出現(xiàn)?？刂颇K上A5板的H102紅燈變亮，表示“總線電源電壓與逆變器電壓不同步，靜態(tài)旁路開關(guān)閉鎖”。

3 異?，F(xiàn)象分析

造成靜態(tài)旁路閉鎖(即A5板H102紅燈亮)有5種可能性，分別是：

(1) 靜態(tài)旁路電源電壓不存在或超出允許變化范圍；

(2) 逆變器出口電壓與靜態(tài)旁路電源電壓存在不同步；

(3) 逆變器處于試驗運行方式(運行方式為正常的逆變器工作方式，故排除)；

(4) 靜態(tài)旁路電源頻率存在偏差或頻率控制被閉鎖；

(5) 靜態(tài)旁路電源的負荷電壓保險損壞(經(jīng)檢查，保險良好，故排除)。

為具體分析報警原因，檢修人員分別對1號機UPS正常及異常時的電壓、2號機UPS正常時的電壓進行測量，并對波形進行分析。

UPS在不同運行狀態(tài)下的波形圖如圖2所示，幅值大的波形(A，約240 V)電壓為總線電源電壓，幅值小的波形(B，約220 V)電壓為逆變器出口電壓。

3.1 排除原因4

經(jīng)過多次測量觀察，發(fā)現(xiàn)UPS正常和報警時的每個逆變器出口電壓和旁路電源電壓波形的頻率都在49．99-50．01 Hz之間且穩(wěn)定，故排除原因4。

圖2 UPS在不同運行狀態(tài)下的波形示意

3.2 排除原因1

比較UPS異常時的波形圖，圖2c)中的逆變器出口電壓與旁路電壓偏差為|(220．2-238．9)|/220．2×100 %=8．49 %＜10 %，圖2d)中的逆變器出口電壓與旁路電壓偏差為|(220．7-243．1)| /220．7×100 %=10．15 %＞10 %。比較UPS正常時的波形圖，圖2a)和b)中逆變器出口電壓和旁路電源電壓幅值差均接近10 %。由此可知：引起UPS報警的直接原因不是旁路電壓過高，或逆變器出口電壓過低，或兩者相差過大。故排除原因1。

3.3 相位差別引起報警

逆變器出口電壓與靜態(tài)旁路電源電壓相位差不得于大于±10°。比較UPS正常時的波形圖，逆變器出口電壓和旁路電源電壓波形相位差均小于10°。比較UPS異常時的波形圖，圖2c)中的相位差大于30°，圖2d)中的相位差約45°。由此可見：UPS異常時的相位差顯然過大，旁路電壓與逆變器出口電壓不同步。故可以確定報警原因為原因2。

根據(jù)對UPS電源原理圖的分析，靜態(tài)旁路開關(guān)主要包括1只可控硅開關(guān)和1個同步裝置，以保證逆變器的輸出電壓和靜態(tài)旁路開關(guān)電源電壓在頻率和相位的同步性。UPS靜態(tài)旁路開關(guān)如圖3所示，因圖3中的觸發(fā)控制卡件A16異常，造成相位偏差的可能性最大。

圖3 UPS靜態(tài)旁路開關(guān)

4 解決方案

綜合UPS的運行性能分析，逆變器能夠正常工作，且靜態(tài)旁路報警頻率并不高，只發(fā)現(xiàn)極少數(shù)幾次報警時間較長，長達幾分鐘。重要的是，即便是在靜態(tài)旁路報警的情況下，當(dāng)逆變器故障時，靜態(tài)旁路開關(guān)也可能會自動將負荷切換到靜態(tài)旁路電源供電，只是可能會造成較大沖擊。

經(jīng)研究決定，繼續(xù)維持UPS電源運行現(xiàn)狀，并加強監(jiān)視。利用2015年9月小修期間再對UPS進行專門檢查，以最大限度地降低對生產(chǎn)的影響。

2015-09-04，檢修人員在1號機小修期間，在運行人員的配合下，進行了如下操作：

(1) 先停運UPS電源逆變器；

(2) 將電源切換到靜態(tài)旁路工作；

(3) 再合上手動旁路開關(guān)；

(4) 斷開靜態(tài)旁路回路開關(guān)。

經(jīng)過上述4個步驟，即可將UPS電源系統(tǒng)電氣隔離。維護人員對觸發(fā)控制卡件A16板進行更換，即對UPS設(shè)備的相位檢測追蹤卡件進行更換。更換后，對UPS電壓的逆變器出口電壓和靜態(tài)旁路電源電壓相位和幅值進行多次測量，測量結(jié)果很好。更換后至今，都未發(fā)現(xiàn)UPS電源旁路開關(guān)閉鎖。因A16板在倉庫已經(jīng)放置近7年，對于其日后運行狀況仍需加強關(guān)注，做好巡視工作。

5 結(jié)束語

綜上提出了一種對UPS旁路電源電壓相位異常的處理方法，為UPS系統(tǒng)異常報警的處理提供了一種有參考價值的處理方式。在處理UPS此類故障上獲得了很好的成效，保證了UPS的安全穩(wěn)定運行。

1 史松梅，卞伏虎．UPS裝置存在的問題分析[J]．電力安全技術(shù)，2011，13(4)：56-58．

2 瞿遂春，肖強暉．UPS電源交流旁路和逆變器之間切換控制研究[J]．電力電子技術(shù)，2004，38(6)：68-69．

2016-06-27。

潘 陽(1988-)，男，助理工程師，主要從事集控運行工作，email：925693559@qq．com。

王 義(1989-)，男，助理工程師，主要從事檢修維護工作。