變電所UPS停機(jī)事件的原因分析與對策

趙建剛 張雷

摘? 要：在化工企業(yè)中供電可靠性是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，更是維護(hù)生產(chǎn)安全絕對保障。該文通過對變電所UPS停機(jī)事件的經(jīng)過、原因進(jìn)行分析，制訂相應(yīng)的措施及防范對策;加強(qiáng)員工的培訓(xùn)及巡檢督察，對低壓母線停電的倒閘操作票進(jìn)行修訂，添加對UPS主備電源的檢查和UPS運(yùn)行參數(shù)、開關(guān)位置、報警信息的檢查程序等;確保低壓母線停電倒閘操作過程中UPS供電正常，防止停電事件的再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：變電所? UPS? 停機(jī)? 對策

中圖分類號：TM73? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： In chemical enterprises， power supply reliability is not only an important index to measure power quality， but also an absolute guarantee to maintain production safety. Through the analysis of the process and causes of a UPS shutdown event in a substation， the paper? formulates corresponding measures and preventive countermeasures; Strengthen staff training and patrol inspection， revise the switching operation ticket of low-voltage bus power failure， and add the inspection procedures for UPS main and standby power supply and UPS operation parameters， switch position and alarm information; Ensure that the UPS power supply is normal during the power failure and switching operation of low-voltage bus， and prevent the recurrence of power failure.

Key Words： Substation; UPS; Shutdown; Countermeasure

隨著自動化水平的不斷提高，用電設(shè)備的不斷增加，對供電可靠性、安全性不斷提高。然而由于某種原因?qū)е鹿╇娭袛啵姎庠O(shè)備跳停、生產(chǎn)控制停車，給工藝生產(chǎn)可能帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至人身傷亡，這就對于為工藝生產(chǎn)中關(guān)鍵設(shè)備供電提出了更高的挑戰(zhàn)。在這種情況下，UPS應(yīng)運(yùn)而生。UPS電源裝置的出現(xiàn)，從根本上解決了因關(guān)鍵設(shè)備停電造成人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失的問題，為工業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行提供了保障。然而UPS作為一款的電氣設(shè)備，也同樣存在出現(xiàn)問題造成關(guān)鍵設(shè)備失電的風(fēng)險。該文將以一例UPS非正常停機(jī)造成工藝生產(chǎn)停車案例進(jìn)行原因分析，制訂措施及采取防范對策，從根本上解決此類事件的發(fā)生。

1 UPS裝置介紹

1.1 UPS裝置

UPS裝置是能夠為工業(yè)計算機(jī)后臺、儀表、DCS等提供高質(zhì)量、高可靠性、高穩(wěn)定性的獨(dú)立電源系統(tǒng)。當(dāng)電網(wǎng)（電源）突然失電或斷電時，UPS裝置依舊可以保持不間斷供電輸出。UPS裝置的主要組成為整流器、逆變器、靜態(tài)旁路、檢修旁路（手動維修旁路）。整流器為逆變器和電池組提供直流電壓。逆變器則是把直流電壓轉(zhuǎn)換成單相的交流電壓。當(dāng)主交流電源出現(xiàn)故障時（例如主交流電源供電中斷），UPS電池組將繼續(xù)不間斷的向負(fù)載供電。靜態(tài)旁路則進(jìn)一步確保了UPS裝置供電的可靠性。當(dāng)逆變器故障時，靜態(tài)旁路接通供電保證了負(fù)載不間斷的持續(xù)供電。該案例中的變電所UPS裝置采用的是某知名品牌UPS系統(tǒng)。

1.2 UPS裝置工作方式

1.2.1 正常運(yùn)行方式

UPS正常供電輸出圖1所示，在正常運(yùn)行方式下，主交流電源為整流器提供交流電壓同時為電池組充電，使電池處于滿充狀態(tài)，并通過逆變器將整流器輸入的直流電壓變換為電壓有效值和頻率有效值均很穩(wěn)定的交流電，再通逆變器的靜態(tài)開關(guān)向負(fù)載供電[1]。

該品牌UPS裝置的靜態(tài)開關(guān)采用先進(jìn)的“DPS”微處理芯片來實現(xiàn)數(shù)字鎖相閉環(huán)反饋，以保證整流器輸出電壓與靜態(tài)旁路交流電壓的波形同步。電壓波形同步后，能夠使整理逆變回路不間斷切換至靜態(tài)旁路向負(fù)載提供電源，或者由靜態(tài)旁路不間斷切換至整理逆變器回路向負(fù)載供電。

1.2.2 主交流電源中斷或整流器故障時的工作方式

UPS電池輸出圖2所示，當(dāng)主交流電源停電或電源電壓超過允許范圍，整流器發(fā)生故障無法正常工作導(dǎo)致停止提供直流輸出時，UPS電池組將向逆變器不間斷提供電壓輸出繼續(xù)為UPS負(fù)載供電。與此同時，整流器會監(jiān)視電池組電壓狀態(tài)，通過UPS顯示面板報告電池組電壓數(shù)值，以及估算出電池組剩余后備時間等相關(guān)信息。同時，還可以發(fā)出聲、光報警通知運(yùn)行人員電池組電壓降低告警事件信息，用以提示在電池組中斷供電前采取措施防止造成停電。

當(dāng)電池組電壓下降至電池電壓下線值355 V前時，電池的后備時間即將結(jié)束，UPS裝置顯示器會顯示“電池及剩余電池后備時間和負(fù)載百分率”以警示運(yùn)行人員采取措施。當(dāng)電池電壓下降至下限值335 V時，電池開關(guān)脫口，電池供電終止。這將造成逆變器停止運(yùn)行，并通過靜態(tài)開關(guān)不間斷地切換至靜態(tài)旁路電源供電。在這種情況下，必須采用手動復(fù)位電池開關(guān)辦法才能使逆變器重新啟動工作，否則逆變器在任何情況下無法自動啟動[2]。

1.2.3 旁路運(yùn)行方式

UPS靜態(tài)旁路輸出圖3所示，由于各種原因（如主交流電源停電、逆變器故障、過載時間過長以致啟動過熱保護(hù)、電池后備時間耗盡等）造成整理逆變回路無法輸出的緊急情況下，靜態(tài)開關(guān)自動切換至靜態(tài)旁路的運(yùn)行方式。在此種緊急運(yùn)行方式下，UPS負(fù)載是通過靜態(tài)旁路提供電源，但此時如果靜態(tài)旁路交流電源中斷供電負(fù)載將失去電源。同時，UPS裝置會發(fā)出聲、光報警，提示運(yùn)行人員對UPS進(jìn)行檢查維修[3]。

1.2.4 手動維修旁路運(yùn)行方式

當(dāng)對UPS裝置進(jìn)行檢修或維修需要將靜態(tài)開關(guān)，逆變器退出運(yùn)行而又不能中斷負(fù)載供電時，可以采用手動維修旁路運(yùn)行方式。在手動維修旁路運(yùn)行方式下，可以進(jìn)行修理、更換故障部件，在此種方式可安全可靠的進(jìn)行檢修或維護(hù)。待檢修完成，即可恢復(fù)至正常運(yùn)行方式而不會造成對負(fù)載中斷供電。

2? UPS停機(jī)事件原因分析及對策

2.1? UPS停機(jī)事件發(fā)生經(jīng)過

某年8月9日由于XXX變電所供電的生產(chǎn)裝置反應(yīng)器2#攪拌機(jī)1611A1502電機(jī)開關(guān)柜發(fā)熱嚴(yán)重，需要將該變電所380 V 10段母線停電，并請廠家來人處理。9：00接到工程師指令：XXX變電所380 V 10段停電通知，做準(zhǔn)備，并寫好操作票。12：30收到機(jī)電儀工程師簽發(fā)的“XXX變電所反應(yīng)器2#攪拌機(jī)1611A1502電源母線檢修”第二種工作票。12：50收到生產(chǎn)裝置工藝人員380 V 10段所帶電機(jī)及設(shè)備可停電確認(rèn)單。UPS屬于保運(yùn)管理范圍，因而通知保運(yùn)人員檢查UPS。12：55得到保運(yùn)人員確認(rèn)旁路電源可以停電。電氣運(yùn)行人員確認(rèn)380 V 9段，10段UPS主回路兩路電源均供電正常。當(dāng)時電儀工程師、熱電工程師、工藝負(fù)責(zé)人均在場確認(rèn)一切正常后，13：01開始進(jìn)行倒閘操作，13：05在拉開380 V 10進(jìn)線開關(guān)時，發(fā)現(xiàn)380 V 9段、10段有部分電機(jī)跳閘。此時，工藝人員接電話得知DCS后臺黑屏。熱電電氣工程師指示迅速恢復(fù)380 V 10段供電。13：06恢復(fù)供電，熱電工程師及電儀人員及保運(yùn)人員迅速趕往UPS室處理，發(fā)現(xiàn)UPS失電。經(jīng)熱電中心最終確認(rèn)為UPS故障導(dǎo)致部分電機(jī)跳閘和DCS后臺黑屏。

2.2 UPS停機(jī)原因分析

某年8月9日XXX變電所10段母線停電前7月31日，XXX變電所380 V 9段母線曾經(jīng)停電檢修。而UPS兩路主電源在9段，旁路電源在10段。由于停運(yùn)9段，UPS主電源失電，UPS的負(fù)載完全依靠電池供電。由于放電時間過長（廠家定義初始電池后備時間為8小時。但需根據(jù)具體負(fù)載大小視情況而定）導(dǎo)致電池放電電壓低于下線值（335 V），致使電池開關(guān)脫扣，供電方式切換至靜態(tài)旁路供電（電源在10段）。當(dāng)9段恢復(fù)送電后由于電池開關(guān)脫扣未復(fù)位逆變器無法啟動，導(dǎo)致UPS電源供電仍由靜態(tài)旁路（10段）供電。8月9日XXX變電所檢修10段（UPS旁路電源在10段）時由于檢查不到位未能發(fā)現(xiàn)UPS由靜態(tài)旁路供電，導(dǎo)致停10段后UPS電源完全失電造成DCS后臺停電最終致使生產(chǎn)裝置跳車[4]。

2.3 防范對策

UPS停機(jī)事件發(fā)生后，熱電中心電氣裝置為預(yù)防此類事件的再次發(fā)生，采取了以下防范措施。組織電氣運(yùn)行人員對UPS系統(tǒng)進(jìn)行培訓(xùn)，學(xué)習(xí)運(yùn)行原理，重點對運(yùn)行方式，各種運(yùn)行方式下所具有特點進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)。加強(qiáng)重要設(shè)備的巡檢。通過此次事故的發(fā)生原因可以看出設(shè)備的巡檢是需要劃分主次要關(guān)系的，不能一概而論，分出重點主次關(guān)系，普通設(shè)備巡檢時達(dá)到巡、聞、聽就可以基本滿足巡檢要求了，而重要的設(shè)備不僅要巡、聞、聽，還要有查。以UPS為例要查主備電源狀態(tài)，查運(yùn)行參數(shù)，查開關(guān)狀態(tài)。對低壓母線停電的倒閘操作票進(jìn)行修改[5]。添加對UPS主備電源的檢查和UPS運(yùn)行參數(shù)，開關(guān)位置，報警信息的檢查，確保低壓母線停電倒閘操作過程中UPS供電正常，防止上述事件的再次發(fā)生。對檢修時長也要格外關(guān)注，在UPS系統(tǒng)說明書中明確指出，電池供電的時間為超過三倍的額定后備時間。注意檢修時間的把握，如果超出三倍的額定后備時間，要注意電池開關(guān)脫口復(fù)位的問題。（具體后備時間還需依據(jù)負(fù)荷大小，UPS型號，電池容量不同具體計算評測）[6]。

3 結(jié)語

隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步推進(jìn)，UPS的應(yīng)用日趨廣泛和成熟，給工業(yè)生產(chǎn)帶來便利可靠的同時，也為UPS安全運(yùn)行帶來考驗。嚴(yán)格UPS的運(yùn)行操作規(guī)程，深入掌握UPS技術(shù)知識，落實運(yùn)行中規(guī)章制度。筆者認(rèn)為UPS安全運(yùn)行完全可以得到保證的。

參考文獻(xiàn)

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[3] 俞瀟強(qiáng)，陳家新，胡晨陽，等.基于視窗平臺的UPS產(chǎn)品質(zhì)量檢測系統(tǒng)開發(fā)[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2018（4）：60-65.

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