水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)UPS失電分析及解決方案

羅斌

摘 要：某水電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)使用兩臺UPS電源，在一次例行清掃的定期工作中出現(xiàn)了母線失電的事件，文章對失電原因進(jìn)行了分析，并提出了并聯(lián)冗余單母線輸出的UPS系統(tǒng)的運(yùn)行注意事項。作者對該結(jié)構(gòu)的UPS提出了改造方案，可以徹底解決UPS失電問題。

關(guān)鍵詞：UPS 失電；改造

某水電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)使用兩臺UPS電源并聯(lián)冗余單母線輸出的運(yùn)行方式，（2臺南京歐亞瑪FRUK3130，運(yùn)行方式：并聯(lián)冗余）。在一次例行清掃的定期工作中出現(xiàn)了母線失電的事件。具體過程如下：電站工作人員做定期清理UPS電源灰塵及檢測工作：1、兩臺UPS正常并聯(lián)運(yùn)行時，將1號UPS關(guān)機(jī)，斷開1號UPS交流輸入空開、直流輸入及交流輸出空開，此時測量1號UPS無電并開始清理工作；2號UPS逆變工作帶全部負(fù)載。2、1號UPS清理工作完成后，合上1號UPS交流輸入空開、直流輸入空開、交流輸出空開未合，此時用戶將1號UPS開機(jī)，同時2號UPS報警（UPS顯示逆變故障并告警聲）導(dǎo)致負(fù)載發(fā)生短暫失電現(xiàn)象。失電造成了電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)停機(jī)，電站中控室無法監(jiān)視發(fā)電機(jī)組狀態(tài)，造成電站與電網(wǎng)通訊中斷，電網(wǎng)調(diào)度無法獲取電站的相關(guān)數(shù)據(jù)，造成較大影響。

1 故障分析

由于1號UPS交流輸出空開未合導(dǎo)致負(fù)載發(fā)生短暫失電問題分析如下：

（1）兩臺UPS正常并聯(lián)運(yùn)行時，交流輸出是并聯(lián)在一起的，通過并機(jī)通訊電纜將兩臺UPS的交流輸出信息相互傳輸調(diào)節(jié)來保持一致共同帶載。

（2）當(dāng)時1號UPS在旁路運(yùn)行狀態(tài)；2號UPS在逆變運(yùn)行狀態(tài)時，1號UPS交流輸出空開未合，此時不會影響2號UPS工作。當(dāng)1號UPS開機(jī)過程中，1號UPS交流輸出沒有介入到2號UPS交流輸出端，2號UPS檢測到1號UPS交流輸出電流很低，電壓很低（幾乎為0），此時2號UPS處于高電壓、高電流狀態(tài)。1號UPS隨著即將轉(zhuǎn)為逆變運(yùn)行的變化，使得兩臺UPS在為了同樣逆變模式而準(zhǔn)備著交流輸出數(shù)據(jù)保持一致性，因此導(dǎo)致2號UPS交流輸出電壓降低，1號UPS交流輸出電壓升高來達(dá)到電壓平衡值。隨著2號UPS交流輸出電壓不斷降低，當(dāng)?shù)陀谀孀兤鞴ぷ麟妷褐禃r，2號UPS自動形成低壓保護(hù)狀態(tài)，此保護(hù)狀態(tài)旁路不能工作（須等待1號UPS高壓保護(hù)等動作結(jié)束后旁路才有輸出）。2號UPS低壓保護(hù)動作后，1號UPS也進(jìn)行逆變器高壓保護(hù)使得交流輸出電壓恢復(fù)至220V后，此時2號UPS旁路開始工作帶載并伴有故障信息。由于2號UPS與1號UPS做保護(hù)動作存在先后時差，導(dǎo)致2號UPS不能及時切換到旁路工作模式產(chǎn)生負(fù)載短暫失電現(xiàn)象（如諾未等到保護(hù)動作結(jié)束旁路立馬工作，會導(dǎo)致UPS電解電容爆裂）。

因此對于并聯(lián)冗余單母線輸出的UPS系統(tǒng)，需要注意的事項：

①兩臺UPS并聯(lián)運(yùn)行時，并機(jī)通訊電纜必須可靠連接。

②兩臺UPS并聯(lián)運(yùn)行時，交流輸出空開不得斷開。

③兩臺UPS旁路運(yùn)行時，任一臺UPS開機(jī)，交流輸出必須連接。

④一臺UPS旁路運(yùn)行，另一臺UPS逆變運(yùn)行時；此時UPS開機(jī)，交流輸出必須連接。

2 解決方案

雙機(jī)單母線的UPS在實(shí)際運(yùn)行中存在較大風(fēng)險，要使UPS更可靠，應(yīng)該采用雙機(jī)雙母線的根據(jù)《Q/CSG115001-2012南方電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)》的要求，調(diào)度系統(tǒng)UPS 電源系統(tǒng)宜采用雙機(jī)雙母線帶母行聯(lián)運(yùn)接線方式。接線圖見下圖：

改系統(tǒng)配置說明：

（1）交流輸入回路需配置交流電源自動切換裝置；兩臺UPS 電源的交流輸入電源應(yīng)分別取自不同的交流母線段，且每臺UPS 電源的交流輸入電源和旁路輸入電源應(yīng)共用同一輸入電源。

（2）QA1 和QA2 為交流輸入斷路器，QA3 和QA4 為直流輸入斷路器，QA5 和QA6 為交流饋電母線進(jìn)線開關(guān)，QA7 為饋電母線母聯(lián)開關(guān)。

（3）交流輸入電源為三相380V交流電源，直流輸入電源為220V直流電源，輸出電源為單相220V交流電源；直流電源取電站直流系統(tǒng)，不配備單獨(dú)的蓄電池。

（4）UPS系統(tǒng)自帶檢修旁路切換開關(guān)，在UPS逆變故障時使用檢修旁路供電。手動維修旁路開關(guān)應(yīng)具有防止逆變輸出與檢修旁路同時供電的閉鎖措施。

（5）交流饋電母聯(lián)開關(guān)應(yīng)具有機(jī)械防誤操作裝置，在正常情況下情況母聯(lián)開關(guān)不能合閘。

（6）UPS主機(jī)采用N+1冗余模塊化設(shè)計，當(dāng)某一模塊故障時整套UPS系統(tǒng)輸出不受影響，可實(shí)現(xiàn)在線維護(hù)。

該系統(tǒng)運(yùn)行方式說明：

（1）UPS系統(tǒng)正常運(yùn)行方式為雙機(jī)帶雙母線運(yùn)行，兩臺UPS相互獨(dú)立，每臺UPS帶一段饋電母線獨(dú)立運(yùn)行。

（2）UPS系統(tǒng)兩條饋電母線帶的負(fù)載為雙電源供電設(shè)備，兩個電源分別取至不同的母線，只要有一段母線帶電，就能滿足監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的要求。

（3）UPS主機(jī)正常運(yùn)行以使用交流電源為主，即將380V三相交流電能整流后再逆變輸出220V單相交流電能。

（4）當(dāng)一路交流電源消失時，交流電源切換裝置將輸入電源將兩路交流電源并聯(lián)給，由一路交流電源帶兩套UPS主機(jī)工作。

（5）當(dāng)交流電源消失時，由直流電源供電，直流電能逆變輸出220V交流單相電能，切換過程實(shí)現(xiàn)0ms無擾動切換。

（6）UPS主機(jī)采用N+1冗余模塊化設(shè)計，當(dāng)某一模塊故障時整套UPS系統(tǒng)輸出不受影響；當(dāng)UPS模塊均故障、或UPS整體需要維修時，可使用檢修旁路為負(fù)荷提供電能。

（7）交流饋電母聯(lián)開關(guān)正常運(yùn)行時保持分閘狀態(tài)，只有當(dāng)其中一套UPS故障無法工作時可合上母聯(lián)開關(guān)，由一套UPS帶雙母線運(yùn)行。

由于計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的重要的服務(wù)器、通信機(jī)、操作員站、工程師站采用雙電源供電，其兩個電源分別取至兩段母線，在一個UPS故障停止供電時，不影響監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行的可靠性得到了保障。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：1.廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院；2.龍灘水力發(fā)電廠）