秦山二廠常規(guī)島220V UPS技改后的可靠性分析

胡 欣

（中核運行管理有限公司運行四處，浙江 海鹽314300）

0 前言

秦山二廠三、四號機組常規(guī)島不間斷電源UPS系統(tǒng)自投運以來發(fā)生過多起失電故障。第一次故障發(fā)生在2012年三號機組，由于UPS靜態(tài)開關(guān)失控導(dǎo)致電源輸出故障，下游負(fù)荷失電，重要負(fù)荷二回路主給水泵液力耦合器失去控制電源，主給水向蒸汽發(fā)生器供水不足、低水位觸發(fā)反應(yīng)堆保護自動停堆導(dǎo)致停機停堆，嚴(yán)重地影響了電廠的安全性和經(jīng)濟性。電廠針對失電原因進行過一系列技術(shù)改造，取得了滿意效果，本文從運行的角度對UPS改進后的可靠性展開分析。

1 常規(guī)島UPS系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)功能

常規(guī)島220 V交流不間斷電源系統(tǒng)（UPS）主要為常規(guī)島的DCS（常規(guī)島分散控制系統(tǒng)）、熱控220 V不停電電源配電柜，汽機DEH柜、火災(zāi)報警等提供安全可靠的電源，不涉及核安全，但發(fā)生故障能導(dǎo)致發(fā)電機停機。

1.2 系統(tǒng)組成

三、四號機組的常規(guī)島各配置了相互獨立的兩套UPS，瑞士固特產(chǎn)品，型號為PEW 1080-220/230-EAN，系統(tǒng)代號為LNQ和LNR。原設(shè)計兩套UPS正常市電電源都取自常規(guī)島保安電源系統(tǒng)LLP，旁路市電電源都取自常規(guī)島普通電源系統(tǒng)A列LKF，直流電源都取自常規(guī)島直流系統(tǒng)LAB。兩套UPS輸出端子不做電氣連接，可以完整的隔離檢修，互相不受影響。正常市電電源經(jīng)過改進后，分別來自常規(guī)島普通電源A、B列的LKQ和LKT，同時對下游負(fù)荷進行了清理，將失電引起機組瞬態(tài)的負(fù)荷進行了雙電源改造，可以總結(jié)為這四類負(fù)載：

（1）雙路電源負(fù)載，主副電源分別接受LNQ和LNR供電，如常規(guī)島分散控制系統(tǒng)；

（2）重要負(fù)載，進行了雙電源改造，通過自動切換開關(guān)切換電源，如主給水泵的液力耦合器控制電源；

（3）公共負(fù)載，主要是指繼電保護間的分配電源柜，通過刀熔開關(guān)在LNQ和LNR之間手動切換，失電會導(dǎo)致汽機功率控制回路自動切除等；

（4）次要負(fù)載，只由單列電源供電，如漏氫檢測儀，失電后不會對機組控制造成影響，但在機組長期運行過程中有安全的意義。

圖1 常規(guī)島UPS系統(tǒng)改進后的組成方架

1.3 UPS的工作原理

常規(guī)島UPS的工作原理是將廠用380 V交流電通過整流器轉(zhuǎn)換成直流，再通過逆變器轉(zhuǎn)換成恒頻恒壓的220 V交流電源，給重要負(fù)荷提供穩(wěn)壓和濾波的不間斷電源。當(dāng)整流器交流市電消失或整流器故障時，由蓄電池（常規(guī)島220 V直流系統(tǒng)）經(jīng)閉鎖二極管向逆變器供電；當(dāng)逆變器故障輸出電壓異常時（電壓過高或者過低），則由靜態(tài)開關(guān)切換至旁路電源供電。平時逆變器輸出電壓跟蹤旁路輸出電壓。其原理如圖2所示。

圖2 UPS工作原理圖

2 UPS的技改的可靠性分析

2.1 UPS正常市電電源改進后的可靠性

三、四號機組UPS在調(diào)試期間，曾發(fā)生過直流電源的閉鎖二極管故障。為防止兩路整流器并列時閉鎖二極管擊穿，產(chǎn)生環(huán)流，很長一段時間都是通過蓄電池的直流饋線給逆變器供電。這種運行方式會產(chǎn)生報警，嚴(yán)重地干擾了主控操縱員對UPS運行狀況的判斷，同時少了一路電源，可靠性降低了，電廠利用大修的窗口恢復(fù)了原設(shè)計運行方式。但是UPS的市電電源的原供電抽屜已被其他負(fù)荷占用，電廠通過技術(shù)改造，將原保安電源抽屜移位至普通電源抽屜：分別來自常規(guī)島A列電源系統(tǒng)（LKQ）和B列電源（LKT）。原設(shè)計的保安電源（LLP），其上游電源分兩路提供，自動切換，日常供電來自常規(guī)島B列電源系統(tǒng)（LKR）；備用電源來自核島應(yīng)急電源系統(tǒng)（LLE），由6 kV安全母線供電，以柴油發(fā)電機做后備，可以在全廠失電時提供可靠電源。

這項改造雖然降低了整流器市電電源的可靠性，但是兩套UPS的第二備用電源——直流電源，其整流器上游同樣來自保安電源系統(tǒng)，同時有蓄電池作為保證，具有長期提供直流電源的能力，在全廠失電時依然能夠不間斷提供可靠電源；其次，常規(guī)島保安電源帶有風(fēng)機、油泵等各種轉(zhuǎn)動設(shè)備，在系統(tǒng)中出現(xiàn)故障、燒毀等可能較大，使得LLP因負(fù)荷短路、接地而導(dǎo)致母線電源切換失敗的風(fēng)險大大提高，因此取自不同系列的普通電源，可以降低單一母線失電而導(dǎo)致兩列UPS同時失去主電源的風(fēng)險；再次，普通電源供電可靠性不低，其上游6 kV母線除了正常電源外，還有備用的廠外輔助電源，通過慢切換裝置在失電時間6.5 s內(nèi)完成自動切換。

所以改進后的UPS主電電源更加豐富，除了可以保證任何一路廠用電源失電后不間斷供電外，還可以防止單一配電盤接地，短路等失電而引入的風(fēng)險。

2.2 UPS裝置改造后的可靠性

2.2.1 UPS接地裝置和內(nèi)部軟件的升級

秦山二廠三號機組在2012年發(fā)生過三起UPS失電事故。這三起UPS失電事故有相似的地方：直流電源和旁路電源都存在，但是靜態(tài)切換開關(guān)EA/EN全部斷開，沒有電流輸出導(dǎo)致失電。經(jīng)過檢查和試驗分析，導(dǎo)致靜態(tài)開關(guān)失控的原因是內(nèi)部模塊中的信號轉(zhuǎn)換器A075板控制回路多點接地，使裝置容易引入干擾源，類似于引入關(guān)機命令，所以導(dǎo)致失電。針對此事件電廠有以下改進：

（1）拆除了控制板A075。因為A075改變了主板RC接地方式，同時除了供數(shù)據(jù)下載外沒有其他作用；

（2）按照G50169修改了LNQ/R的接地方式，斷開盤柜基礎(chǔ)接地線，實現(xiàn)單點接線；

（3）升級主板系統(tǒng)軟件至SP6，可以記錄≤150 ms的事件，抗干擾能力更強，同時該軟件還有定期檢查功能，對軟件進行校驗。

技改前UPS的接地線采用類似菊鏈?zhǔn)降亩帱c接地和通過信號轉(zhuǎn)換器接地，容易引入干擾源，造成UPS關(guān)機失電，屬于設(shè)計缺陷，技改后升級了軟件，消除了潛在的隱患。

2.2.2 UPS增加強制靜態(tài)旁路ATS（Automatic Transfer Switch自動轉(zhuǎn)換開關(guān)）

這項技改針對UPS運行參數(shù)超過保護定值時發(fā)生自動關(guān)機、靜態(tài)開關(guān)無法切換至旁路等失電情況，在UPS系統(tǒng)輸出端加裝雙電源轉(zhuǎn)換裝置ATS（后備旁路切換開關(guān)Q200），只要檢測到輸出電壓低于定值，就能自動將其切至旁路帶載。

這項改造可以提高單列UPS的供電可靠性。但是強制靜態(tài)旁路還沒有應(yīng)用業(yè)績，同時Q200切換時間較長，慢于下游負(fù)荷的開關(guān)切換時間，失去了切換的意義，電廠基于這種考慮，取消了這項技改。

2.3 UPS負(fù)荷側(cè)改造后的可靠性

失電事故發(fā)生后，電廠對UPS下游的負(fù)荷進行了梳理，對保護、控制、監(jiān)視等有重要影響的設(shè)備電源進行雙電源改造：

（1）主給水系統(tǒng)：主給水泵的液力耦合器的控制柜電源，都改為雙路冗余供電。兩個控制柜各分配一路電源至就地液力耦合器控制柜，在就地液力耦合器控制柜內(nèi)增加一路交直流變換模塊，同時增加一個直流電源無擾切換模塊，從而實現(xiàn)雙路電源冗余供電；

（2）數(shù)字電液控制系統(tǒng)：參考擴建機組數(shù)字化的冗余電源方案，增加兩個APC（電源自動切換裝置）設(shè)備；

（3）定子冷卻水系統(tǒng)：在上游控制柜中增加APC雙電源自動切換模塊；

（4）集散控制系統(tǒng)：兩臺機組的常規(guī)島控制柜及主控P06盤內(nèi)各安裝一臺APC自動切換裝置。電源分別取自控制柜內(nèi)對應(yīng)電源和主控盤臺內(nèi)的對應(yīng)電源。

UPS負(fù)荷改造完成后，2012年10月20日凌晨3:15，三號機組LNQ因逆變器故障，靜態(tài)開關(guān)切換失敗導(dǎo)致再次失電，但是這次失電沒有導(dǎo)致機組出現(xiàn)瞬態(tài)，說明了重要負(fù)荷雙電源改造成功。2019年10月14日11:19，處于功率運行的4號機組發(fā)生LNQ失電，失電后機組各項參數(shù)穩(wěn)定，沒有異常情況發(fā)生。

UPS負(fù)荷側(cè)的雙電源改造后，經(jīng)過實踐證明單列UPS失電不會導(dǎo)致機組瞬態(tài)，大大降低了機組對UPS裝置的可靠性依賴，對降低設(shè)備元件老化帶來的風(fēng)險具有重要意義。

3 結(jié)論

秦山二廠三、四號機組常規(guī)島各自兩套UPS通過技術(shù)改造，將原來來自同一保安電源的主電源進線，移位至不同電源系列，避免了同一配電盤失電造成兩列UPS同時失去主電源的風(fēng)險；內(nèi)部軟硬件升級和隱患根治，大大提高了裝置的抗干擾能力，增強單列裝置的可靠性；負(fù)荷的整理和雙電源改造降低了負(fù)荷對單列UPS裝置可靠性依賴，使得兩列UPS能夠真正意義上互為備用。這些改造大大地提高了UPS系統(tǒng)應(yīng)對廠用電失去和自身元件老化問題的能力，確保在各種嚴(yán)苛失電情況下不會造成常規(guī)島失去重要控制系統(tǒng)的電源，避免了非必要的停機，提高了電廠經(jīng)濟性。