某鍋爐UPS故障分析與處理

王光恒

東南大學(xué),江蘇 南京 210088

某鍋爐UPS故障分析與處理

王光恒

東南大學(xué),江蘇 南京 210088

鍋爐壓力容安全技術(shù)監(jiān)督涉及方方面面。在現(xiàn)代化的發(fā)電廠中，交流不停電系統(tǒng)越來越成為不可或缺的電源系統(tǒng)。本文介紹了一起UPS典型故障鍋爐引發(fā)的鍋爐滅火事件，簡要描述了的事件發(fā)生與檢查過程，分析了UPS故障的原因，實(shí)施了有效處理，提出了后續(xù)改進(jìn)建議及反事故措施。

鍋爐；不間斷電源；逆變器；蓄電池；故障

boiler；UPS；Inverter；Battery；Fault

鍋爐壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督涉及方方面面，不僅僅是鍋爐專業(yè)的范圍，更牽涉到電氣、化學(xué)、熱工等領(lǐng)域。因此，深入、全面地分析一起電氣UPS故障引發(fā)的鍋爐滅火事件，有助于舉一反三，綜合治理，提高鍋爐壓力容器的本質(zhì)安全度。

1 UPS工作原理

在現(xiàn)代化的發(fā)電廠中，隨著發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大，機(jī)組控制、監(jiān)視系統(tǒng)的自動(dòng)化水平程度越來越高，普遍采用較為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制裝置。該裝置對(duì)電源質(zhì)量和供電可靠性要求很高，即無論廠用電中斷還是電網(wǎng)故障，都不應(yīng)中斷供電，這些裝置一旦失電，將會(huì)使機(jī)組失去必要的監(jiān)視和調(diào)節(jié)手段，給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重的威脅，甚至造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。這就要求大容量機(jī)組中不但有可以使機(jī)組安全停機(jī)的事故保安電源，而且要求有一個(gè)為控制、監(jiān)視裝置及事故后狀態(tài)參數(shù)記錄裝置提供高供電品質(zhì)且不間斷供電的電源，即UPS(Uninterruptible Power System)電源。

某廠所用UPS系統(tǒng)主要向DCS、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)、汽輪機(jī)監(jiān)視儀表、繼電保護(hù)裝置、火災(zāi)報(bào)警裝置等非常重要的負(fù)荷供電，由主機(jī)柜（整流器、逆變器、靜態(tài)開關(guān)、控制系統(tǒng)）、旁路柜（隔離變壓器、自動(dòng)穩(wěn)壓器等）和饋線柜（連接所有由UPS供電的負(fù)載）組成。額定容量為80KVA，雙機(jī)分段配置，供熱380V工作A段向主回路供電，供熱380V工作B段向旁路供電，自帶蓄電池提供直流電。其工作原理見圖一。

正常情況下，主回路輸入三相交流電經(jīng)整流器變成直流電，再由逆變器變換為220V更平穩(wěn)的交流電，經(jīng)饋線柜向負(fù)載供電.。

當(dāng)380V交流電電源或整流器發(fā)生故障，UPS將自動(dòng)(無延遲)轉(zhuǎn)由蓄電池組供電；交流電電源或整流器恢復(fù)正常后，又自動(dòng)轉(zhuǎn)為整流器供電。

當(dāng)逆變器出現(xiàn)故障或輸入電壓過低且自動(dòng)旁路工作正常時(shí)，UPS將自動(dòng)轉(zhuǎn)由旁路電源向負(fù)載供電；當(dāng)逆變器恢復(fù)正常后，自動(dòng)切換至逆變器向負(fù)載供電；當(dāng)旁路的補(bǔ)償變壓器和接觸器出現(xiàn)故障，則可以將旁路切換開關(guān)QN切換至市電繼續(xù)向負(fù)荷供電。

在檢修UPS期間，由旁路交流電源通過手動(dòng)檢修旁路直接向負(fù)載供電。

2 故障產(chǎn)生及臨機(jī)處理

某爐UPS主機(jī)柜1出現(xiàn)逆變器故障報(bào)警，自動(dòng)切至旁路供電。UPS主機(jī)柜1本體上顯示報(bào)警內(nèi)容為：“INV PHASE L3F A U L T ”（逆變器缺相故障）和“MOUDLE NOT READY”（模塊未準(zhǔn)備好）。

運(yùn)行人員應(yīng)檢修人員要求，將UPS 1停電，將該UPS轉(zhuǎn)至檢修旁路供電，并將該UPS主機(jī)柜停運(yùn)。

運(yùn)行人員啟動(dòng)鍋爐UPS主機(jī)柜1運(yùn)行，顯示正常并無報(bào)警。檢修人員查看主機(jī)柜面板上的各項(xiàng)測量參數(shù)均正常，檢修人員用萬用表測量鍋爐UPS主機(jī)柜1整流輸出電壓正常，運(yùn)行人員合上蓄電池輸出開關(guān)。

經(jīng)檢修和運(yùn)行人員協(xié)商，認(rèn)為UPS主機(jī)柜1運(yùn)行正常，可以將UPS切為主路運(yùn)行，運(yùn)行人員將鍋爐UPS主機(jī)1由手動(dòng)維修旁路運(yùn)行方式恢復(fù)為正常運(yùn)行方式。

發(fā)現(xiàn)鍋爐UPS饋線柜1上的電壓表指示為“0”V，緊急合上UPS檢修旁路電源開關(guān)，恢復(fù)供電，而這短暫的斷電導(dǎo)致了鍋爐滅火。因?yàn)榫偷剌o助盤當(dāng)前電源為UPS1電源供電，UPS電源中斷后，由于輔助盤失電導(dǎo)致就地壓縮空氣跳閘閥關(guān)閉，氣動(dòng)門關(guān)閉，LNG1、2跳閘閥、A2、B2燃燒器電磁閥關(guān)閉，火焰喪失，MFT動(dòng)作，鍋爐滅火。

3 故障分析及診斷

現(xiàn)代化電廠都非常注重安全管理，具有一整套規(guī)范的安全生產(chǎn)規(guī)章制度及規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)，所以故障的發(fā)生意味著管理存在漏洞，需要分析并采取改善措施。

從人、機(jī)、物、料、環(huán)等要素分析著手，剖析各個(gè)環(huán)節(jié)，可以發(fā)現(xiàn)：

1）引起此次事故的主要原因是運(yùn)行人員的錯(cuò)誤操作，在切換操作前對(duì)操作后的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不足，且沒有執(zhí)行工作票、操作票制度。檢查中將主機(jī)柜投運(yùn)（ON/OFF開關(guān)切至ON）,在操作面板上輸入將電源切至旁路運(yùn)行，但是沒有成功，再將主機(jī)柜停運(yùn)（ON/OFF開關(guān)切至OFF）將自動(dòng)旁路開關(guān)IA3，主輸出開關(guān)IA2合上，切開手動(dòng)維修旁路IA1開關(guān)，此時(shí)由于ON/ OFF開關(guān)處于OFF，逆變器沒有工作，致使靜態(tài)開關(guān)處于失電狀態(tài)，不能完成電源自動(dòng)切換，從而造成UPS失電。

2）由于顯示逆變器故障，因此更換了逆變器電路板，但是帶上負(fù)載運(yùn)行幾分鐘后，又報(bào)警顯示逆變器故障，而后對(duì)與逆變器相連的電容進(jìn)行檢測，用萬用表測電容值，發(fā)現(xiàn)1、3相的電容存在嚴(yán)重問題，規(guī)定的電容的額定值是250±5%μ F，而實(shí)際測量值為1.87μ F和1.75μ F，根本達(dá)不到穩(wěn)定波形的作用，導(dǎo)致報(bào)警，而在現(xiàn)場事故檢查過程中臨時(shí)的測試是沒有帶負(fù)載，從而對(duì)波形的影響小，沒有發(fā)出報(bào)警而顯示主機(jī)柜正常。

3）在進(jìn)一步對(duì)主機(jī)柜進(jìn)行檢查時(shí)還發(fā)現(xiàn)其蓄電池存在問題。將蓄電池的正負(fù)極接在智能蓄電池測試儀上，將其作為負(fù)載，然后設(shè)定10A（In10%）的電流對(duì)蓄電池進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)，每隔一個(gè)小時(shí)用電壓表分別去測量每個(gè)蓄電池的電壓，并于規(guī)定相比較，當(dāng)放電5個(gè)小時(shí)的時(shí)候就發(fā)現(xiàn)有19塊電池的電壓已經(jīng)低于Un90%，而放電10個(gè)小時(shí)后，電壓還能達(dá)到Un90%的就只剩幾塊了，而后又將蓄電池開關(guān)合上對(duì)其充電，然后再放電檢測，結(jié)果沒有改觀。

4 事故處理措施

對(duì)上述情況采取的處理辦法分別是，在主機(jī)柜上粘貼具體的操作流程，以輔助指導(dǎo)現(xiàn)場檢查修理，避免操作人員、檢修人員因?yàn)榫o張、勞累、環(huán)境因素等忘記或遺漏重要的、安全的工序或內(nèi)容。

將電容和蓄電池都進(jìn)行更新，解除隱患。更新前進(jìn)行必要的檢查、檢驗(yàn)。

5 后續(xù)反事故措施及建議

為徹底處理問題，排除隱患，杜絕類似故障發(fā)生，編制反事故措施及建議如下，以進(jìn)行后續(xù)的、全方位的改進(jìn)，持續(xù)加強(qiáng)鍋爐壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督。

1）原理圖中有總輸出開關(guān)QF2,若其出現(xiàn)故障，則負(fù)荷將全部失電，因此存在安全隱患，建議將其去除。

2）主路中沒有隔離變壓器，當(dāng)外界發(fā)生短路故障時(shí)，其強(qiáng)大的電流沖擊將損壞其他設(shè)備，而若有隔離變壓器，其電流只能到達(dá)原邊，故能保護(hù)其他裝置。

3）沒有一個(gè)智能的監(jiān)測儀來監(jiān)測和記錄電池充放電過程中的電壓，并且沒有辦法對(duì)充電電流大小進(jìn)行控制，建議更換、升級(jí)蓄電池柜。

4）此事件中UPS1主路逆變器缺相故障是由于濾波電容器和逆變控制板損壞造成的，因此，建議針對(duì)此類故障研究制定預(yù)防性監(jiān)測維護(hù)計(jì)劃，以免類似事件再次發(fā)生。

5）輔助盤設(shè)計(jì)有UPS1和APS兩路電源供電，但兩路電源由手動(dòng)切換開關(guān)切換，不能達(dá)到不間斷供電的要求，建議重新評(píng)估兩路電源的切換是否滿足正常運(yùn)行需求，是否需要改造成快切裝置。

6）全廠各區(qū)域的UPS，設(shè)備原理、操作方法存在不同之處，建議對(duì)全廠的UPS進(jìn)行調(diào)查，弄清楚各臺(tái)設(shè)備之間的區(qū)別，針對(duì)不同的UPS設(shè)備對(duì)值班人員進(jìn)行操作知識(shí)培訓(xùn)，提高認(rèn)識(shí)水平。

Fault analysis and treatment with UPS of heating boiler

Wang Guangheng
Southeast University Nanjing Jiangsu 210088

In modern power p，lAaCn tsuninterruptible system is increasingly becoming an integral part of the power system. Describe the checking process of UPS, analyze the causes about the UPS faults, take useful measures and offer proposals to improve the performance and safety.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.075

王光恒（1990－），男，江蘇徐州人，東南大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)。