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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 壓力開關

單元220V交流不間斷電源

發布日期：2022-04-17 點擊率：148

1.      交流不間斷電源系統概述
撫順發電廠2號機為2002年6月投產的200MW采暖、凝汽兩用式汽輪發電機組。其單元220V不間斷電源系統選用由美國GUTOR公司生產，青島整流器廠經銷的PEW1000型UPS系統；該系統只供重要的調節、控制、保護儀表監測和重要信號電源，不做一般負荷電源。
1.1 設備規范及特性
整流器額定輸入電壓：380V±10%（三相電源）
旁路隔離變額定輸入電壓: 380V±10%（二相電源）
逆變器額定輸入直流電壓：220V
額定容量：40KVA
額定輸出電流：182A
穩態電壓特性：1%
動態電壓特性：波峰小于8%，穩定時間小于40毫秒。
輸出頻率：與交流輸入同步。
波形失真：小于5%。
1.2 運行方式
UPS正常運行時需三路輸入電源，其一為主市電；其二為備用市電；其三為蓄電池。當主市電中斷時，由電池經逆變后向負載供電，電池放電終了或UPS故障時，UPS系統由備用市電供電。
1.2.1 UPS系統正常運行方式：
    UPS正常運行時，由主回路向UPS系統供電，以380V廠用母線為電源，經自藕變壓器后輸入整流器（6脈沖晶閘管整流橋）將交流電壓轉換為直流電壓，再經濾波電抗器濾除直流電壓的諧波，輸入脈寬調制逆變器（TSM半導體開關組件和IGBT功率器件）轉換為交流電壓，由濾波電抗器濾除來自逆變器輸出中的諧波電壓，以使逆變變壓器輸出端電壓獲得低非線性失真的正弦波，再經可選擇的靜態開關至Q050開關，將220V、50Hz交流電送到UPS配電屏。
1.2.2 UPS系統蓄電池供電運行方式：
    當系統停電或整流器輸入電壓超出允許范圍時，UPS由蓄電池供電，直流電經直流隔離二極管（因我廠UPS系統未設置單獨的電池組）和電池扼流圈（以減少單相逆變器在電池中產生的脈動），輸入脈寬調制逆變器完成向負載供電。
1.2.3 UPS系統自動旁路運行方式：
當主回路失電或逆變器故障時，可以由備用市電向UPS系統供電，備用市電經隔離變壓器（初/次級變比為380/230）將系統輸出與電網完全隔離后，送到穩壓調壓器后將輸出電壓自動、電動或手動調整（調壓范圍：176~264V，超壓：1~5%，超壓精度：220V±10%，），經靜態旁路開關（由自然換相的三組反向并聯晶閘管組成）向負載供電。
1.2.4 UPS系統手動旁路運行方式：
    當UPS系統整機需要脫離電網運行時，即可利用先合后分手動旁路開關（Q050）完成UPS整機退出電網，關斷備用市電至靜態旁路供電開關，拆除F021、F028保險以便于UPS檢修，同時旁路系統仍為負載供電。
附圖1：撫順發電廠2號機UPS系統簡圖
2.      故障發生及分析
2.1 發現問題
2號機投產以來共發生UPS電源中斷事故三起，一次引起保護動作跳閘停機，兩次造成機組被迫打閘停運；其故障性質惡劣，嚴重影響機組安全、穩定運行。下面將對事故過程進行敘述、分析。
事件1： 2002年7月29日14點37分，啟動2號給水泵時，UPS電源中斷，造成DCS系統及工業監視器電源消失；機組失去所有遠方監視及控制手段，遠方打閘不良，運行人員立即就地打閘停機。到UPS室就地檢查時發現不停電段電壓消失，立即手切Q050開關至BYPASS位置（手動旁路），由備用市電經手動旁路向負載供電。UPS系統恢復供電后，機組再次啟動；同時查UPS事故追憶，有以下報警：
a.       逆變器輸出熔斷或逆變器輸入開關斷開；
b.       系統一個或多個風扇故障；
c.       逆變器輸出電壓超限或逆變器單元溫度高。
原因分析：由于2號給水泵電源取至6KVⅡA段，而2號低工變（帶380V廠用ⅡB段運行）也取至6KVⅡA 段，并且UPS主回路市電和保安段工作電源均取至380V廠用ⅡB段；所以在對6KV母線電壓監視不足時，啟動給水泵，因瞬間啟動電流，而引起UPS系統輸入端兩路電源電壓均大幅度降低，而轉為蓄電池供電同時逆變器輸出熔斷器F021熔斷，造成UPS供電中斷。
事件2： 2002年8月18日1點5分，380V廠用ⅡB段工作電源812B開關跳閘，備自投裝置未動作造成380V廠用ⅡB段失電；保安段工作電源052開關跳閘，備自投動作正確，保安段工作正常；而UPS系統母線電壓降至177V造成DCS系統計算機死機，此時處在備用狀態的EH油泵誤啟動，造成EH油泵出口油管路漏泄，EH油箱油位低，EH油泵跳閘，EH油壓低保護動作機組跳閘。
原因分析：因為穩壓調壓器調壓電機電源接于主回路，所以UPS系統處于“自動控制”方式工作，當穩壓調壓器輸入電源突然中斷時，控制系統即發出指令，使調壓器輸出自動降到下限值；并發出報警，等待電源再度恢復時，控制系統再度將調壓器輸出自動調節到整定值。而轉為蓄電池供電同時逆變器輸出熔斷器F021再次熔斷，由于電壓波動較大致使靜態開關自動關斷，造成UPS供電中斷。
事件3： 2003年5月23日6點18分，啟動2號給水泵時，UPS電源再次中斷，造成監視與控制系統斷電，運行人員失去監控手段，遠方打閘不良，則就地打閘停機。
此次事件前，5月19日5點10分，UPS母線電壓下降至207V，經檢查發現逆變器輸出熔斷器斷、逆變器輸出與旁路不同步、系統風扇故障報警，UPS自動由主回路切至靜態旁路供電，同時發現旁路電壓調整裝置失靈，穩壓調壓器手動、自動均不可調。
原因分析：由于主回路供電的故障和F021保險多次不正常的熔斷，而保安段（即備用市電電源）由380V廠用ⅡB段供電，因為2號低工變（是380V廠用ⅡB段的工作電源）和2號給水泵都是6KVⅡA段負荷，所以啟動2號給水泵造成6KV母線電壓下降，導致保安段電壓下降，而穩壓調壓器調壓電機電源取至主回路，使穩壓調壓器自動調壓失靈造成靜態旁路的可控硅靜態開關在電壓波動超過±10%自動關斷，從而使UPS失電。
2.2 總結問題
經過上述事件及對系統工件原理分析，撫順發電廠2號機UPS系統運行問題總結如下：
第一，UPS供電中斷或故障，均發現F021保險熔斷，并有UPS系統同步故障報警。F021為逆變器輸出熔斷器，只有當逆變器出現嚴重故障時保護負載，幾次就地測量旁路電壓和旁路與輸出間電壓及頻率均未超限；因而懷疑UPS主控板是否有故障或程序缺陷。
第二，一旦逆變器出現故障（即F021熔斷），系統將轉換至靜態旁路運行，而靜態旁路供電穩定性差的因素在此過程逐漸被暴露出來；因為穩壓調壓器不能保證備用市電電壓在±10%以內波動，所以電壓超限后，靜態開關自動關斷。
第三，由穩壓調壓器穩壓精度與投產前試驗數據（如下表）比較結果證明穩壓調壓器工作失穩，導致電壓波動不穩定使靜態開關自動關斷；所以穩壓調壓器需嚴格檢修、檢查。
2001年4月24日：穩壓調壓器自動穩壓性能測試：

交流輸入電壓（V）交流輸入電流（A）交流輸出電壓（V）穩壓精度
418 100%=200 221 +0.5%
50%=100 220.5
0 220
380 100%=200 221 +0.5%
50%=100 220.4
0 220
342 100%=200 220.9 +0.5%
50%=100 220.4
0 220

第四，為防止穩壓調壓器在“自動”方式下由于故障而失控，使調壓器輸出電壓遠離整定值，特設有過壓、欠壓保護電路。當輸出電壓超出整定值±10%時，保護環節立即切斷調壓電機電源，此時只可以手動調壓。
第五，當電池放電終了或UPS故障時，UPS向負載供電電源只有備用市電。若備電電壓超出標準，UPS拒絕切換，勢必造成供電中斷。因此備用市電的質量對UPS系統來講是至關重要的。
第六，在閉合電池開關之前必須先將UPS主機的充電器開啟，待其輸出電壓升至額定值后，才能操作電池開關使其閉合。因為在UPS的直流回路中，有一組容量比較大的電解電容器，過高的電壓差，將使電容器的充電電流過大，一則可能使電容器損壞，二則可能使開關觸點燒壞，甚至傷及人體。
第七， Q050開關是先合后斷式，具有兩個位置，當開關處于位置“AUTO”（正常運行）時，負載由UPS系統供電（逆變器或靜態旁路）；當開關處于位置“BYPASS”，負載直接由備用市電供電， UPS主機可以退出運行，但此時若備用市電中斷，UPS系統即將斷電。
第八，UPS系統故障必定會造成DCS系統失電，當DCS系統故障時，不僅INFI90計算機控制系統失靈，而且大部分保護及聯鎖也將失效；由汽輪機遠方打閘不良、EH油泵誤啟動可見，設法提高UPS系統可靠性至關重要。
3.      解決辦法與建議實施
3.1 為改善UPS系統缺陷，提高其運行可靠性，特此建議采取以下解決辦法。
a.       缺陷未排除前，采取相關技術措施，設法提高母線電壓，以克服UPS系統不安全運行隱患。
b.       立即聯系青島整流器廠，令其來人診斷故障并提供質量合格的UPS主控板，以便及時更換。
c.       聯系廠家對穩壓調壓器所出現的手動、自動均失調現象查找原因，并進行處理；以提高設備健康水平。
d.       將UPS系統主回路電源由380V廠用ⅡB段改接在380V公用ⅡA段上運行，以提高輸入市電質量。
e.       設法盡快恢復UPS系統主回路供電，在空載狀態下完成各項試驗；并進一步考驗靜態旁路持續供電能力。
3.2 配合廠家處理缺陷
今年5月26日廠家派專業維護人員來做售后服務，再更換F021保險后，UPS主回路空載運行，以考驗UPS主控板（因懷疑此主控板有故障）；主回路于14點55分投入后，17點45分逆變器關斷。次日，連續三次啟動逆變器，均在5分鐘內關斷；廠家確認UPS主控板故障，將UPS主控板更換備用板，并進行修復（備用板系為存在缺陷未能出廠元件），并將主回路在空載狀態下運行觀察。
在與廠家聯系更換UPS主控板后切主回路運行，發現2號充電機直流輸出電流升至78A左右（原來主回路運行時10A左右）；Ⅱ組蓄電池充放電電流表指示為0，直流母線電壓為230V；經檢查蓄電池及直流隔離二極管均運行正常，隨后停止2號充電機運行，Ⅱ組蓄電池放電電流為12A，又因為此時，3號充電機空載運行時輸出電壓擺動大，所以再次啟動2號充電機維持UPS系統運行（附圖2為2號機直流系統運行方式簡圖）。附圖2：撫順發電廠直流Ⅱ系統簡圖
經過全面查找原因發現廠家更換的UPS主控板集成塊中的程序設置沒有按現場實際刷新，即主回路輸入的交流電壓略低于額定電壓，因此整流器輸出電壓低于220V，而直流母線電壓又高于220V，所以逆變器輸入電源自動轉換到直流系統供電。由于UPS裝置中穩壓管的特性，機組運行中無法修改程序，必須停機處理。鑒于上述情況，為保證機組的安全運行，特規定以下臨時運行措施：
a.       保持發電機出口電壓在15.65KV以上運行，以保證6KV廠用母線電壓為額定；加強對2號機UPS系統的檢查，保證檢查時間間隔不超過1小時并做好詳細記錄。
b.       UPS系統由直流系統供電同時，注意直流母線負荷變化情況；非事故狀態下禁止啟動直流負荷，以免造成充電機過載或母線電壓波動而引起UPS系統斷電事故。
c.       保安段主電源改為由保安變供電，380V廠用ⅡB段進線開關聯動備用，以提高UPS系統備用市電質量；同時注意1號機保安段及10.5KV母線運行情況，防止造成電壓波動或變壓器過載。
d.       運行中嚴禁拉開UPS直流備用電源，逆變器運行中，嚴禁將Q050開關由AUTO（自動運行位置）切至BYAPASS（手動旁路位置）；以免人為造成逆變器出口F021保險熔斷。
e.       如果發現UPS已自動切至靜態旁路運行，應短時間內將Q050開關切手動旁路運行；但操作Q050開關前必須檢查UPS主機處于“Bypasss operation”(自動旁路運行狀態)下才可以操作Q050開關；并保持保安段電壓穩定、可靠。
f.        穩壓調壓器在“自動調壓”或“電動調壓”方式運行時，如出現報警燈亮或主回路斷電，則應立即啟動“手動”按鈕，然后撥出調壓器上的手輪并正反轉動，使感應調壓器實施升、降壓調節，使門板上電壓表讀數為額定值。
g.       若靜態旁路運行時，禁止Q050在未切手動旁路供電前啟動6KVⅡA段大容量電動機；以防造成靜態開關在電壓波動超過±10%時，自動關斷造成UPS斷電。
3.3 將主回路電源改接
2號機UPS系統主回路和備用市電分別取至380V廠用ⅡB段和保安段，而保安段的工作電源也取至380V廠用ⅡB段；這樣一來，造成UPS系統的兩套電源正常工作時，均由2號低工變供電。也就是說當380V廠用ⅡB段故障或2號低工變跳閘時，對UPS系統都產生一定影響，對備自投裝置動作的可靠性與快速性有著較高的要求；一旦備自投裝置拒動后果嚴重。另外，當380V廠用ⅡB段供電質量較差時，嚴重影響UPS系統供電穩定性。分析上述情況后，特此將UPS系統主回路電源由380V廠用ⅡB段改接至380V公用ⅡA段，以提高輸入市電的質量。于今年6月30日，將2號機UPS系統主回路電源改接為380V公用ⅡA段供電，在改接成功后，UPS系統處于主回路連續運行近1000小時，未出現不良情況。
4.       結束語
當前，UPS系統在各個領域中應用都非常廣泛，特別是單元制發電機組大多均采用進口UPS設備為其重要負荷提供高質量市電；整套裝置的可靠性、技術水平以及自動化程度多數較為理想。針對撫順發廠2號機UPS系統所發生幾次故障及異常，通過分析、處理及改進UPS系統客觀環境，保證了UPS系統供電的可靠性及穩定性，對發電機組的安全、穩定運行具有十分重要的意義。

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