某核電站UPS故障停機原因分析及改進措施

董磊　星國龍　張春陽

【摘? 要】某核電站1號機組運行期間發(fā)生UPS（不間斷電源系統(tǒng)）故障停機，導(dǎo)致核電站部分重要系統(tǒng)失去冗余電源，本文通過對現(xiàn)場故障記錄查詢及設(shè)備制造廠試驗，分析得到UPS故障停機的直接原因是中央控制卡件A070內(nèi)部芯片RAM1、RAM2損壞，導(dǎo)致A070卡件功能異常，導(dǎo)致UPS系統(tǒng)全面癱瘓，故障停機。為避免該類故障再次發(fā)生，本文提供了改善設(shè)備運行環(huán)境、更換制造品質(zhì)更高的控制芯片等改進方案。

【關(guān)鍵詞】不間斷電源;故障停機;中央控制卡件

2014年6月16日上午，核電站核島不間斷供電系統(tǒng)（LNG）因不明故障停運，母線失電，電氣調(diào)試部分重新啟動后系統(tǒng)無異常報警后恢復(fù)下游送電，未查出原因。6月17日再次出現(xiàn)同類故障，電站專家組討論后對LNG系統(tǒng)進行全面檢查，本文就該故障進行了分析。

1.UPS系統(tǒng)基礎(chǔ)介紹

LNG系統(tǒng)所使用的不間斷電源系統(tǒng)（UPS）設(shè)備由瑞士GUTOR廠家提供，該系統(tǒng)有兩路完全獨立的上游供電，且能實現(xiàn)兩路供電的無擾切換。該系統(tǒng)主要由逆變器001DL、旁路變壓器001TR、靜態(tài)切換開關(guān)EA/EN以及無擾切換開關(guān)501JS共同構(gòu)成。系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖一所示。

逆變器001DL將上游110V直流電通過IGBT模塊逆變?yōu)?20V交流電，旁路變壓器001TR將上游380V交流電降壓為220V交流電。逆變器和變壓器側(cè)各有一個靜態(tài)切換開關(guān)EA和EN，兩個靜態(tài)開關(guān)互為閉鎖，同一時刻僅有一個能夠?qū)ā?01JS系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)有三個位置：AUTO、TEST、BYPASS，正常運行時處于AUTO位置，系統(tǒng)由逆變器帶載，同時旁路變壓器熱備用，通過EA/EN無擾切換供電方式;TEST和BYPASS位置時系統(tǒng)直接通過電纜硬接線由旁路變壓器帶載（如圖一通道3所示）。

2.LNG系統(tǒng)故障停機原因分析

經(jīng)查詢6 月17 日23：07 至23：11 之間的系統(tǒng)故障信息發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前報警（44、54、57、34、53、12）與正常狀態(tài)下直接關(guān)閉UPS報警的報警相同，系統(tǒng)從23：07 開始頻繁的報警和復(fù)位，最后一次報警后未復(fù)位成功，直接關(guān)機，系統(tǒng)顯示相關(guān)的報警。另外，從系統(tǒng)歷史運行狀態(tài)“60：MPU is reset”出現(xiàn)可初步判斷MPU 芯片重啟導(dǎo)致其他相關(guān)報警出現(xiàn)，進而可以初步確定故障由于A070 卡件自身故障或A070 輸入輸出信號異常引起。

2.1 UPS系統(tǒng)A070卡件自身故障

直接導(dǎo)致A070 卡件MPU 芯片重啟的主要原因有MPU 芯片自身故障或供給MPU 的電源瞬時降低超過閾值，直接導(dǎo)致卡件芯片停止工作，A070卡件的自身的故障一般為強制性，無法進行自行復(fù)位，但現(xiàn)場UPS出現(xiàn)多次自動復(fù)位，可以排除卡件自身故障情況。

2.2 UPS系統(tǒng)輸入到A070的信號異常導(dǎo)致MPU芯片重啟失效

A070卡件作為UPS系統(tǒng)主控制卡，主要負責(zé)對獲取的信息進行處理，并通過運算得到輸出數(shù)據(jù)，然后再通過其他端口發(fā)送至各個控制模塊，從而實現(xiàn)UPS的穩(wěn)定運行，如果一旦獲取的信號異常就可能導(dǎo)致MPU芯片運算異常，最終導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運行，A070主控卡的信號接口眾多，連接復(fù)雜。但輸入及信號異常都會觸發(fā)UPS系統(tǒng)出現(xiàn)通信錯誤報警，但現(xiàn)場查詢報警記錄未發(fā)現(xiàn)有通信故障報警，可以排除該類情況。

2.3 UPS系統(tǒng)A070卡件附屬芯片故障

UPS系統(tǒng)A070卡件是一塊多層電鍍的集成電路板，卡件上擁有眾多電子元器件，其中最為重要的是MPU芯片及其附屬芯片RAM1、RAM2，其中RAM1/2兩塊芯片主要用于暫存MPU處理得到的數(shù)據(jù)，用于后續(xù)對整個系統(tǒng)的控制，如果附屬芯片RAM1/2出現(xiàn)故障，將會導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)異常，最終引發(fā)程序紊亂，系統(tǒng)停機。申請制造廠家支持，將A070卡件寄回瑞士總部進行故障定位，廠家對A070卡件的數(shù)據(jù)端口進行分析，發(fā)現(xiàn)A070卡件在運行一段時間后會出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失，系統(tǒng)重新自檢的情況，進一步對MPU的數(shù)據(jù)端口進行采集，發(fā)現(xiàn)MPU與RAM1/2之間的數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)亂碼，使用全新的RAM1/2芯片進行更換以后，發(fā)現(xiàn)故障消失，數(shù)據(jù)通訊正常，最終確定本次故障的原因就是RAM1/2芯片損壞，導(dǎo)致UPS系統(tǒng)紊亂，引發(fā)系統(tǒng)停機。

3.結(jié)論及改進措施

通過對現(xiàn)場故障記錄查詢及設(shè)備制造廠試驗，最終確定LNG系統(tǒng)UPS整盤失電的直接原因是系統(tǒng)主控制卡A070上的數(shù)據(jù)存儲芯片RAM1/2損壞，導(dǎo)致整個系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)紊亂，引發(fā)系統(tǒng)停機。

此類卡件故障為該電站首例，十分具有檢修參考價值。為避免該類故障再次發(fā)生，對此提出四項改進措施：1、聯(lián)系瑞士廠家，采購工藝等級更高的存儲芯片，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性;2、設(shè)備說明書上建議控制卡件的運行環(huán)境溫度不得超過40℃，現(xiàn)場環(huán)境并不符合要求，建議在卡件運行的廠房加裝定向式空調(diào)，用于降低環(huán)境溫度，提高卡件壽命;3、升版UPS系統(tǒng)主控制程序，增加數(shù)據(jù)檢測功能，在數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時自動報警，并定位傳輸端口，便于及時發(fā)現(xiàn)芯片故障;4、增加存儲芯片冗余設(shè)計，建議設(shè)置RAM3芯片并長期處于熱備用狀態(tài)，當(dāng)RAM1/2芯片出現(xiàn)異常故障時及時切換傳輸通道，保證系統(tǒng)不會出現(xiàn)故障停機的情況。同時，可制定UPS老化處理方案，在設(shè)備運行一定期限后對其進行更換，徹底解決此類故障。

參考文獻：

[1]付明星，李靜，許本福.全封閉式疊層母排技術(shù)在核電UPS中的應(yīng)用[J].大亞灣核電，2017，6（3）：42-45.

[2]李廣環(huán).UPS電源設(shè)計與運用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019，3（4）：19-23.

[3]李士濤，李云冬，全利昆.UPS供電系統(tǒng)備份形式分析[J].機電信息，2019，1（3）：81-84.

（作者單位：中廣核核電運營有限公司）