UPS并機系統(tǒng)逆變器短路報警故障分析

宋奕然

（廣東紅海灣發(fā)電有限公司，廣東汕尾 516623）

1.工作原理

ALP-40K-1-DC110-PR 40kVA型雙主機并聯(lián)UPS系統(tǒng)在正常運行情況下，兩臺UPS平均分擔(dān)負(fù)載，即各帶50%負(fù)載。當(dāng)其中一臺UPS（以下稱UPS A）逆變器因逆變器輸出電壓過高/過低、輸出頻率過高/過低、暫態(tài)響應(yīng)時間超出要求的調(diào)節(jié)范圍（此時旁路交流電源的變化在合格范圍內(nèi)）時，該UPS逆變器將會自動關(guān)閉，同時UPS A不會切換至靜態(tài)旁路供電的模式，而負(fù)載將全部轉(zhuǎn)為由另一臺UPS（以下稱UPS B）進行供電。當(dāng)UPS A的逆變器故障排除后，將自動重新啟動，系統(tǒng)恢復(fù)由兩臺UPS平均分擔(dān)負(fù)載進行供電的狀態(tài)。當(dāng)且僅當(dāng)兩臺UPS的逆變器因逆變器輸出電壓過高/過低、輸出頻率過高/過低、暫態(tài)響應(yīng)時間超出要求的調(diào)節(jié)范圍（此時旁路交流電源的變化在合格范圍內(nèi)）時，兩臺主機將全部切換至靜態(tài)旁路供電。

2.故障描述

根據(jù)廠家提供電氣原理圖1可知，A、B兩套系統(tǒng)完全獨立，并未發(fā)現(xiàn)有關(guān)聯(lián)，ALP-40K-1-DC110-PR 40kVA型UPS A主機柜需進行檢修時，逆變器電源開關(guān)分閘、備用電源輸入開關(guān)分閘、直流電源輸入開關(guān)分閘、檢修旁路電源開關(guān)分閘，UPS A主機應(yīng)處于隔離狀態(tài)，可進行檢修工作。抽出UPS A主機柜靜態(tài)開關(guān)模組后，UPS系統(tǒng)出線柜電壓表顯示電壓下降至110V，用萬用表測量出線端電壓確認(rèn)UPS系統(tǒng)輸出電壓僅為110V。將UPS A主機柜靜態(tài)開關(guān)模組回裝，UPS B主機柜逆變器短路報警并聯(lián)跳出口靜態(tài)開關(guān)，由于UPS A主機控制器已被斷電，UPS A主機無故障發(fā)出，UPS B主機不滿足切換至靜態(tài)旁路的條件，故旁路靜態(tài)開關(guān)未合閘，導(dǎo)致UPS系統(tǒng)無輸出。

圖1 40kVA UPS并機廠家電氣原理圖

3.故障分析

故障原因排查，將UPS系統(tǒng)所帶所有負(fù)載開關(guān)斷開，將UPS B主機柜報警復(fù)位，將靜態(tài)旁路開關(guān)合閘，此次UPS B主機柜正常輸出，UPS出線柜電壓表電壓顯示及萬用表測量確認(rèn)UPS系統(tǒng)電壓恢復(fù)220V。隨后閉合整流器輸入開關(guān)，整流器開始工作。整流器充電完畢后，UPS B主機柜“蓄電池電壓低”及“蓄電池低壓鎖機”報警消除。報警消除后啟動逆變器，逆變器成功啟動后，UPS B主機自動從靜態(tài)旁路運行模式切換至逆變器輸出模式，UPS B主機柜正常啟動，各項參數(shù)正常，故排除UPS B主機柜故障。隨后逐步將負(fù)載開關(guān)合閘，排查負(fù)載是否存在接地、短路現(xiàn)象，當(dāng)負(fù)載開關(guān)全部合閘后，UPS B主機柜仍正常運行，輸出各項參數(shù)均正常，排除負(fù)載故障。

綜上所述，基本確認(rèn)故障原因為UPS A主機柜靜態(tài)開關(guān)模組抽出導(dǎo)致，并對廠家提供電氣原理圖產(chǎn)生質(zhì)疑。通過對柜內(nèi)接線重新核對后確認(rèn)該系統(tǒng)圖并不正確，實際接線確認(rèn)此型號的并機UPS系統(tǒng)存在硬接線聯(lián)鎖，但廠家圖紙上并未體現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)場實際接線及原理，實際原理圖2所示。

圖2 40kVA UPS并機實際電氣原理圖

如圖2所示，現(xiàn)場每套UPS主機柜并非兩個靜態(tài)開關(guān)，而是三個靜態(tài)開關(guān)，三個靜態(tài)開關(guān)物理安裝位置均在主機柜內(nèi)的靜態(tài)開關(guān)模組上，通過第三個靜態(tài)開關(guān)（后文稱為IA靜態(tài)開關(guān)）連接兩套UPS系統(tǒng)的IA點，通過IA連接兩套UPS系統(tǒng)。IA靜態(tài)開關(guān)兩端設(shè)有接觸器，接觸器線圈電源取至各UPS主機柜的手動檢修旁路開關(guān)后端，當(dāng)手動檢修旁路開關(guān)合閘后，接觸器吸合，從而實現(xiàn)與靜態(tài)開關(guān)同樣的功能。兩臺UPS主機柜逆變器后端的隔離變壓器移至靜態(tài)開關(guān)出線側(cè)，且隔離變壓器變?yōu)?10V隔離變壓器，兩臺變壓器通過串聯(lián)方式再將電壓升至220V送至饋線柜。

結(jié)合圖2可知，直流電通過逆變器并未直接經(jīng)過隔離變壓器變壓，而是經(jīng)過靜態(tài)開關(guān)后在通過隔離變壓器變壓為AC220V，IA靜態(tài)開關(guān)的作用就是將兩臺UPS主機進行并聯(lián)后，通過串聯(lián)的隔離變壓器完成變壓工作。在正常運行情況下，IA靜態(tài)開關(guān)處于合閘位，當(dāng)其中一臺UPS主機柜因逆變器故障無法輸出時，切換至靜態(tài)旁路進行供電，IA靜態(tài)開關(guān)仍可處于合閘狀態(tài)。當(dāng)UPS主機柜逆變器故障，靜態(tài)旁路無法合閘的情況下，手動將手動檢修旁路開關(guān)合閘，QJ1可代替IA靜態(tài)開關(guān)并聯(lián)兩臺UPS主機柜。

結(jié)合圖2與現(xiàn)場實際情況分析，當(dāng)A套UPS檢修時，手動檢修旁路開關(guān)、逆變器電源開關(guān)，備用旁路開關(guān)、直流輸入開關(guān)均處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)A套UPS主機柜抽出靜態(tài)開關(guān)模組時，靜態(tài)開關(guān)處于物理斷開狀態(tài)，且因手動檢修旁路開關(guān)處于分閘狀態(tài)，QJ1未得電無法閉合，導(dǎo)致并線IA斷開，A套UPS隔離變壓器停止工作，此時UPS系統(tǒng)輸出電壓降到110V。當(dāng)A套UPS主機柜將模組進行回裝后，由于IA靜態(tài)開關(guān)激發(fā)電源取至后端L線，當(dāng)靜態(tài)開關(guān)模組安裝完畢的瞬間，IA靜態(tài)開關(guān)激發(fā)導(dǎo)通，進而使IA導(dǎo)通，A套UPS隔離變壓器瞬間工作，隔離變壓器工作瞬間產(chǎn)生的涌流被UPS系統(tǒng)判定為短路故障，UPS系統(tǒng)為保護裝置自動切斷所有輸出。

4.總結(jié)

了解此類型并機UPS系統(tǒng)正確工作原理后，此類并機UPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)檢修步驟：（1）任意一臺UPS主機柜需轉(zhuǎn)檢修時，兩套UPS系統(tǒng)均需優(yōu)先停運逆變器（先合手動檢修旁路開關(guān)將聯(lián)跳兩臺UPS系統(tǒng)逆變器），使兩套UPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)至由靜態(tài)旁路輸出為負(fù)載供電的狀態(tài)，可有效避免因誤操作導(dǎo)致逆變器故障停運；（2）逐一斷開兩套UPS系統(tǒng)直流輸入開關(guān)；（3）逐一斷開兩套UPS系統(tǒng)斷開整流器輸入開關(guān)；（4）逐一合上兩套UPS系統(tǒng)手動檢修旁路開關(guān)，確認(rèn)QJ1、QJ2接觸器正確動作，檢查饋線柜出現(xiàn)電壓是否正確；（5）確認(rèn)QJ1、QJ2接觸器正確動作后，逐一斷開兩套UPS系統(tǒng)斷開靜態(tài)旁路輸入開關(guān)。