一起電廠側(cè)UPS電源非停事故分析

魯 鵬

華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310000

0 引言

根據(jù)安徽省《安徽電力調(diào)度控制中心關(guān)于開(kāi)展安徽電網(wǎng)火電廠輔機(jī)變頻器低電壓穿越能力試驗(yàn)和整改工作的通知》（調(diào)〔2013〕179號(hào)文）要求，給煤機(jī)變頻器電源在2014年10月份進(jìn)行了低電壓穿越保護(hù)改造，改造方案未能按照反措源要求設(shè)置備用電源并加裝靜態(tài)切換開(kāi)關(guān)，造成UPS供給的主電源電壓失去時(shí)，無(wú)可靠的備用電自動(dòng)投入。重要負(fù)荷采用單系統(tǒng)供電，沒(méi)有按照《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》關(guān)于二次回路重要負(fù)荷需要常用雙系統(tǒng)供電，導(dǎo)致了非停事故發(fā)生[1]。

1 事故概況

事件前該機(jī)組主要參數(shù)：機(jī)組負(fù)荷435 MW。機(jī)組AGC協(xié)調(diào)控制方式為燃料、給水、引、送風(fēng)量、一次風(fēng)量均在“自動(dòng)”方式，A、B、C、D 4臺(tái)給煤機(jī)運(yùn)行，E、F給煤機(jī)備用。

機(jī)組UPS輸出電源電壓陡降，機(jī)組4臺(tái)運(yùn)行給煤機(jī)跳閘，造成機(jī)組“全燃料中斷”，機(jī)組跳閘。

23：07：39，運(yùn)行監(jiān)盤(pán)發(fā)現(xiàn)該機(jī)組1～4號(hào)DCS操作員站失電，#2機(jī)組跳閘，負(fù)荷到零。鍋爐FSSS畫(huà)面首出原因?yàn)椤叭剂现袛唷薄＿\(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)操作臺(tái)4臺(tái)CRT失電，查看FSSS系統(tǒng)機(jī)組跳閘首出“全燃料中斷”MFT信號(hào)動(dòng)作，從而造成了一起非停事故。

2 事故檢查

檢查人員到位，首先通過(guò)對(duì)操作臺(tái)4臺(tái)CRT失電進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)集控室操作臺(tái)下UPS裝置不輸出。供電電源分為兩路，分別取自DCS電子間、DCS電源柜，其中一路為廠用UPS經(jīng)A3空開(kāi)供給（空開(kāi)容量6 A），一路為保安段經(jīng)B3空開(kāi)供給（空開(kāi)容量6 A），通過(guò)集控室操作臺(tái)下交流接觸器切換，切換后后接入操作臺(tái)下熱控UPS裝置，其輸出供給操作臺(tái)裝置輸出，經(jīng)電源插排供給操作臺(tái)3臺(tái)CRT電源。

采用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量，插排上沒(méi)有電，到DCS電子間檢查發(fā)現(xiàn)A3空開(kāi)跳閘，且試合閘失敗，進(jìn)一步檢查操作臺(tái)下的UPS裝置，測(cè)得UPS裝置輸出無(wú)電壓。判斷該UPS裝置故障，臨時(shí)將該裝置甩開(kāi)，直接由接觸器切換后供電源插排，試合A3空開(kāi)正常，3臺(tái)操作員站恢復(fù)供電，畫(huà)面正常顯示。

臨時(shí)將UPS甩開(kāi)，直接由接觸器切換后供操作臺(tái)CRT電源，CRT恢復(fù)送電，待備品到后更換UPS裝置。對(duì)甩開(kāi)的操作臺(tái)UPS裝置進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)積灰較多，相間阻值580 kΩ，對(duì)地電阻為無(wú)窮大。

操作臺(tái)恢復(fù)供電后，從歷史站調(diào)用歷史趨勢(shì)，機(jī)組跳閘首出為“全燃料中斷”，進(jìn)一步檢查確定為“給煤機(jī)全?！毙盘?hào)發(fā)出，同時(shí)發(fā)現(xiàn)A、B、C、D 4臺(tái)運(yùn)行中的給煤機(jī)給煤量全部顯示負(fù)值，判斷為給煤機(jī)停止運(yùn)行。

進(jìn)一步檢查給煤機(jī)控制電源，發(fā)現(xiàn)在#2爐6臺(tái)給煤機(jī)變頻器在低電壓穿越項(xiàng)目改造后，6臺(tái)給煤機(jī)變頻器的控制電源由原來(lái)的動(dòng)力電源下口供電改為UPS供電，因此，在UPS電源失去時(shí)，4臺(tái)運(yùn)行給煤機(jī)全部跳閘，臨時(shí)將B、C、D、E、F 5臺(tái)給煤機(jī)控制電源又改為由動(dòng)力電源下口供電后，恢復(fù)正常運(yùn)行。

故障前后的UPS電壓數(shù)值如表1所示。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，UPS電源輸出波形及電壓數(shù)值從正常變成不正常。6 kV開(kāi)關(guān)位置以及滅磁開(kāi)關(guān)位置發(fā)生變化，機(jī)組跳閘。UPS正常運(yùn)行時(shí)，整流器把輸入交流電變換為穩(wěn)定的直流，整流器兼充電器功能，采用均流充電，能夠有效提高蓄電池使用壽命；逆變器采用大功率絕緣柵雙極型晶體管（IGBT），控制采用正脈寬調(diào)制技術(shù)，將直流逆變回交流，整流器和逆變器同時(shí)工作，給負(fù)載供電的同時(shí)，還會(huì)對(duì)蓄電池充電，當(dāng)市電異常時(shí)，整流器停止工作，轉(zhuǎn)由蓄電池（外接直流）經(jīng)逆變器向負(fù)載供電，若電池電壓下降到放電終止電壓，而市電仍未恢復(fù)正常，UPS將轉(zhuǎn)由旁路供電（如果主路、旁路同源，UPS關(guān)機(jī)）[2-3]。此時(shí)，UPS狀態(tài)不對(duì)，需進(jìn)一步分析。

從表1可以看出，機(jī)組UPS輸出電壓、鍋爐AC 220 V電源切換柜UPS電壓、汽機(jī)AC 220 V電源切換柜UPS電壓、機(jī)組UPS輸出電流均突然出現(xiàn)故障，然而鍋爐AC 220 V電源切換柜保安段電壓、汽機(jī)AC 220 V電源切換柜保安段電壓此時(shí)均為正常。

表1 故障時(shí)電壓電流表

3 事故分析

在給煤機(jī)變頻器的低電壓穿越項(xiàng)目改造后，變頻器的控制電源由原來(lái)的動(dòng)力電源下口供電改為UPS供電，在UPS輸出電壓故障時(shí)，全部給煤機(jī)控制電源失去，發(fā)出給煤機(jī)停運(yùn)信號(hào)至DCS，DCS發(fā)出“全燃料中斷”，觸發(fā)MFT，造成機(jī)組給煤機(jī)全停。UPS主路故障后未能及時(shí)切至旁路運(yùn)行，原因是UPS逆變器工作不穩(wěn)定，信號(hào)采集板采集的逆變器波形信號(hào)出現(xiàn)異常，逆變器瞬時(shí)停止工作，而主板未能及時(shí)判斷出逆變器運(yùn)行狀態(tài)，默認(rèn)主路運(yùn)行，未切至旁路，造成負(fù)載瞬時(shí)全部失電。

UPS裝置切換至主回路空載運(yùn)行時(shí)，先后發(fā)生兩次空載運(yùn)行中主、旁路自動(dòng)切換故障。廠家更換逆變器及UPS控制系統(tǒng)后進(jìn)行監(jiān)測(cè)，未出現(xiàn)主、旁路自動(dòng)切換故障情況[4]。判斷為UPS裝置逆變器故障，分析可能出現(xiàn)逆變器故障原因，具體如下：

（1）逆變器大功率IGBT模塊性能不穩(wěn)定，造成觸發(fā)波形出現(xiàn)異常。

（2）UPS控制系統(tǒng)存在缺陷，因廠家更換逆變器及UPS控制系統(tǒng)后，未出現(xiàn)主、旁路自動(dòng)切換故障情況。

（3）UPS逆變器故障后未能及時(shí)切至旁路運(yùn)行。

UPS裝置及其切換回路發(fā)生故障是這起事故的直接原因。給煤機(jī)變頻器電源在進(jìn)行低電壓穿越保護(hù)改造時(shí)，改造方案未能按照反措要求設(shè)置備用電源并加裝靜態(tài)切換開(kāi)關(guān)，造成UPS裝置供給的主電源電壓失去時(shí)，無(wú)可靠的備用電源自動(dòng)投入。重要負(fù)荷采用單系統(tǒng)供電，反措執(zhí)行不到位，直接導(dǎo)致給煤機(jī)電源全部失去，從而造成事故的發(fā)生。

4 整改措施

（1）機(jī)組UPS裝置切至旁路運(yùn)行，并做好防止自動(dòng)切回主路運(yùn)行措施。要求UPS廠家到廠進(jìn)行處理，更換機(jī)組UPS裝置主控系統(tǒng)及逆變器裝置。

（2）機(jī)組UPS裝置所帶全部負(fù)荷電源切換至備用電源供電，備用電源由機(jī)組380 V保安段供電。

（3）更換機(jī)組UPS裝置主控系統(tǒng)及逆變器裝置后，對(duì)機(jī)組UPS裝置進(jìn)行全面性能檢測(cè)，對(duì)機(jī)組UPS裝置同時(shí)進(jìn)行全面性能檢測(cè)。

（4）利用機(jī)組檢修，機(jī)組所有給煤機(jī)變頻器控制電源改為雙電源供電，并加裝切換裝置，正常運(yùn)行時(shí)由UPS供電，UPS電源故障時(shí)切換至動(dòng)力電源下口供電，改造后要通過(guò)實(shí)際的切換試驗(yàn)，保證UPS電源故障時(shí)變頻器仍正常運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，某電廠發(fā)生了多起UPS電源故障導(dǎo)致的非停事故，嚴(yán)重影響電廠的正常運(yùn)行。文章通過(guò)分析一起電廠UPS故障導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)的典型案例發(fā)現(xiàn)，重要設(shè)備只通過(guò)UPS單電源進(jìn)行供電，UPS發(fā)生故障時(shí)，且切換裝置也出現(xiàn)了問(wèn)題，重要設(shè)備失去控制電源，導(dǎo)致了故障的發(fā)生。由此可知，相關(guān)人員需在日常工作中加強(qiáng)對(duì)UPS電源的檢查與維護(hù)工作，并定期做好切換試驗(yàn)，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，以提高電廠側(cè)UPS電源系統(tǒng)供電的可靠性。