火力發(fā)電廠集控UPS旁路報(bào)警的分析與處理

潘 陽，王 義

(中外合資合肥第二發(fā)電廠，安徽 合肥 230617)

火力發(fā)電廠集控UPS旁路報(bào)警的分析與處理

潘 陽，王 義

(中外合資合肥第二發(fā)電廠，安徽 合肥 230617)

火力發(fā)電廠不間斷電源系統(tǒng)(UPS)是整個(gè)電廠電力系統(tǒng)的安全防線和重要的電氣設(shè)備。基于一起UPS旁路頻繁報(bào)警的異常故障，介紹故障的發(fā)現(xiàn)及排查過程，指出UPS旁路電壓與逆變器出口電壓不同步是故障原因，提出相應(yīng)的解決方案，為UPS的檢查和消缺經(jīng)驗(yàn)的完善提供了參考。

火力發(fā)電廠；UPS；旁路；相位異常

0 引言

UPS(Uninterruptible Power System，不間斷電源系統(tǒng))是一種在設(shè)備遇到非計(jì)劃停電時(shí)，能夠緊急取代外接電源，保證計(jì)算機(jī)及重要電子設(shè)備得到連續(xù)、穩(wěn)定和高品質(zhì)電力供應(yīng)的可靠電源系統(tǒng)，是發(fā)電廠集中控制室關(guān)鍵電源設(shè)備。

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，對(duì)機(jī)組的保護(hù)和控制的可靠性要求也越來越高。特別是廠內(nèi)一些重要負(fù)荷，如汽機(jī)DCS、鍋爐DCS、機(jī)爐熱控電源等對(duì)電能的質(zhì)量要求非常嚴(yán)格。然而UPS長期運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些問題，如UPS電源裝置逆變器故障時(shí)備用旁路電源切換不成功、UPS蓄電池故障或UPS電源控制系統(tǒng)故障都會(huì)造成UPS輸出電壓中斷或輸出電壓品質(zhì)變差、電壓短時(shí)間失去或小幅波動(dòng)，這些都可能造成機(jī)、爐失去控制或非計(jì)劃停機(jī)。現(xiàn)對(duì)UPS系統(tǒng)報(bào)警及其靜態(tài)旁路電壓波形進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)UPS控制系統(tǒng)的缺陷并對(duì)其進(jìn)行了處理，為UPS異常報(bào)警處理提供了一種有實(shí)際參考價(jià)值和指導(dǎo)意義的處理方式。

1 UPS型號(hào)及特性

某電廠UPS采用ABB公司提供的型號(hào)為G220E220/227/2rfg-P50+EUE的裝置，其容量為50 kVA。裝置包括整流器、逆變器、靜態(tài)旁路開關(guān)、閉鎖二極管、旁路電源變壓器、電壓調(diào)整變壓器、配電屏等部件。

UPS運(yùn)行情況如圖1所示，手動(dòng)旁路電源來自400 V廠用A2段，靜態(tài)旁路電源來自廠用400 V保安EB段，整流器電源即直流小室220 V充電機(jī)，220 V蓄電池在集控蓄電池小室。

圖1 UPS運(yùn)行示意

通過主電源整流后，在為逆變器供電的同時(shí)給蓄電池組充電，逆變器輸出連接到負(fù)載母線上，為負(fù)載供電。

當(dāng)整流器或者主電源故障時(shí)，由蓄電池為逆變器供電維持負(fù)載繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)逆變器故障時(shí)，靜態(tài)旁路開關(guān)自動(dòng)將負(fù)荷切換到旁路電源供電。保證負(fù)荷的不間斷供電。當(dāng)UPS內(nèi)裝置檢修或者試驗(yàn)時(shí)，可以切換到手動(dòng)旁路。

2 異常現(xiàn)象簡述

該廠1號(hào)機(jī)組UPS電源裝置自2001年投運(yùn)以來，一直運(yùn)行穩(wěn)定，且工作環(huán)境優(yōu)良。自集控運(yùn)行人員于2015-07-31發(fā)現(xiàn)UPS裝置間斷發(fā)出“旁路閉鎖”報(bào)警以來，UPS裝置便陸續(xù)間斷發(fā)生報(bào)警，報(bào)警頻率每天幾次至幾十次不等。

當(dāng)面板正常時(shí)，運(yùn)行指示燈綠燈正常指示；當(dāng)面板異常時(shí)，控制面板旁路報(bào)警指示紅燈亮。此外，控制模塊上A12板的H307紅燈變亮，表示“總線電源與逆變器存在相位偏差”；當(dāng)逆變器停下時(shí)，該信號(hào)也出現(xiàn)。控制模塊上A5板的H102紅燈變亮，表示“總線電源電壓與逆變器電壓不同步，靜態(tài)旁路開關(guān)閉鎖”。

3 異常現(xiàn)象分析

造成靜態(tài)旁路閉鎖(即A5板H102紅燈亮)有5種可能性，分別是：

(1) 靜態(tài)旁路電源電壓不存在或超出允許變化范圍；

(2) 逆變器出口電壓與靜態(tài)旁路電源電壓存在不同步；

(3) 逆變器處于試驗(yàn)運(yùn)行方式(運(yùn)行方式為正常的逆變器工作方式，故排除)；

(4) 靜態(tài)旁路電源頻率存在偏差或頻率控制被閉鎖；

(5) 靜態(tài)旁路電源的負(fù)荷電壓保險(xiǎn)損壞(經(jīng)檢查，保險(xiǎn)良好，故排除)。

為具體分析報(bào)警原因，檢修人員分別對(duì)1號(hào)機(jī)UPS正常及異常時(shí)的電壓、2號(hào)機(jī)UPS正常時(shí)的電壓進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)波形進(jìn)行分析。

UPS在不同運(yùn)行狀態(tài)下的波形圖如圖2所示，幅值大的波形(A，約240 V)電壓為總線電源電壓，幅值小的波形(B，約220 V)電壓為逆變器出口電壓。

3.1 排除原因4

經(jīng)過多次測(cè)量觀察，發(fā)現(xiàn)UPS正常和報(bào)警時(shí)的每個(gè)逆變器出口電壓和旁路電源電壓波形的頻率都在49．99-50．01 Hz之間且穩(wěn)定，故排除原因4。

圖2 UPS在不同運(yùn)行狀態(tài)下的波形示意

3.2 排除原因1

比較UPS異常時(shí)的波形圖，圖2c)中的逆變器出口電壓與旁路電壓偏差為|(220．2-238．9)|/220．2×100 %=8．49 %＜10 %，圖2d)中的逆變器出口電壓與旁路電壓偏差為|(220．7-243．1)| /220．7×100 %=10．15 %＞10 %。比較UPS正常時(shí)的波形圖，圖2a)和b)中逆變器出口電壓和旁路電源電壓幅值差均接近10 %。由此可知：引起UPS報(bào)警的直接原因不是旁路電壓過高，或逆變器出口電壓過低，或兩者相差過大。故排除原因1。

3.3 相位差別引起報(bào)警

逆變器出口電壓與靜態(tài)旁路電源電壓相位差不得于大于±10°。比較UPS正常時(shí)的波形圖，逆變器出口電壓和旁路電源電壓波形相位差均小于10°。比較UPS異常時(shí)的波形圖，圖2c)中的相位差大于30°，圖2d)中的相位差約45°。由此可見：UPS異常時(shí)的相位差顯然過大，旁路電壓與逆變器出口電壓不同步。故可以確定報(bào)警原因?yàn)樵?。

根據(jù)對(duì)UPS電源原理圖的分析，靜態(tài)旁路開關(guān)主要包括1只可控硅開關(guān)和1個(gè)同步裝置，以保證逆變器的輸出電壓和靜態(tài)旁路開關(guān)電源電壓在頻率和相位的同步性。UPS靜態(tài)旁路開關(guān)如圖3所示，因圖3中的觸發(fā)控制卡件A16異常，造成相位偏差的可能性最大。

圖3 UPS靜態(tài)旁路開關(guān)

4 解決方案

綜合UPS的運(yùn)行性能分析，逆變器能夠正常工作，且靜態(tài)旁路報(bào)警頻率并不高，只發(fā)現(xiàn)極少數(shù)幾次報(bào)警時(shí)間較長，長達(dá)幾分鐘。重要的是，即便是在靜態(tài)旁路報(bào)警的情況下，當(dāng)逆變器故障時(shí)，靜態(tài)旁路開關(guān)也可能會(huì)自動(dòng)將負(fù)荷切換到靜態(tài)旁路電源供電，只是可能會(huì)造成較大沖擊。

經(jīng)研究決定，繼續(xù)維持UPS電源運(yùn)行現(xiàn)狀，并加強(qiáng)監(jiān)視。利用2015年9月小修期間再對(duì)UPS進(jìn)行專門檢查，以最大限度地降低對(duì)生產(chǎn)的影響。

2015-09-04，檢修人員在1號(hào)機(jī)小修期間，在運(yùn)行人員的配合下，進(jìn)行了如下操作：

(1) 先停運(yùn)UPS電源逆變器；

(2) 將電源切換到靜態(tài)旁路工作；

(3) 再合上手動(dòng)旁路開關(guān)；

(4) 斷開靜態(tài)旁路回路開關(guān)。

經(jīng)過上述4個(gè)步驟，即可將UPS電源系統(tǒng)電氣隔離。維護(hù)人員對(duì)觸發(fā)控制卡件A16板進(jìn)行更換，即對(duì)UPS設(shè)備的相位檢測(cè)追蹤卡件進(jìn)行更換。更換后，對(duì)UPS電壓的逆變器出口電壓和靜態(tài)旁路電源電壓相位和幅值進(jìn)行多次測(cè)量，測(cè)量結(jié)果很好。更換后至今，都未發(fā)現(xiàn)UPS電源旁路開關(guān)閉鎖。因A16板在倉庫已經(jīng)放置近7年，對(duì)于其日后運(yùn)行狀況仍需加強(qiáng)關(guān)注，做好巡視工作。

5 結(jié)束語

綜上提出了一種對(duì)UPS旁路電源電壓相位異常的處理方法，為UPS系統(tǒng)異常報(bào)警的處理提供了一種有參考價(jià)值的處理方式。在處理UPS此類故障上獲得了很好的成效，保證了UPS的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 史松梅，卞伏虎．UPS裝置存在的問題分析[J]．電力安全技術(shù)，2011，13(4)：56-58．

2 瞿遂春，肖強(qiáng)暉．UPS電源交流旁路和逆變器之間切換控制研究[J]．電力電子技術(shù)，2004，38(6)：68-69．

2016-06-27。

潘 陽(1988-)，男，助理工程師，主要從事集控運(yùn)行工作，email：925693559@qq．com。

王 義(1989-)，男，助理工程師，主要從事檢修維護(hù)工作。