水電站計算機監控系統UPS失電分析及解決方案

羅斌

摘 要：某水電站的計算機監控系統使用兩臺UPS電源，在一次例行清掃的定期工作中出現了母線失電的事件，文章對失電原因進行了分析，并提出了并聯冗余單母線輸出的UPS系統的運行注意事項。作者對該結構的UPS提出了改造方案，可以徹底解決UPS失電問題。

關鍵詞：UPS 失電；改造

某水電站的計算機監控系統使用兩臺UPS電源并聯冗余單母線輸出的運行方式，（2臺南京歐亞瑪FRUK3130，運行方式：并聯冗余）。在一次例行清掃的定期工作中出現了母線失電的事件。具體過程如下：電站工作人員做定期清理UPS電源灰塵及檢測工作：1、兩臺UPS正常并聯運行時，將1號UPS關機，斷開1號UPS交流輸入空開、直流輸入及交流輸出空開，此時測量1號UPS無電并開始清理工作；2號UPS逆變工作帶全部負載。2、1號UPS清理工作完成后，合上1號UPS交流輸入空開、直流輸入空開、交流輸出空開未合，此時用戶將1號UPS開機，同時2號UPS報警（UPS顯示逆變故障并告警聲）導致負載發生短暫失電現象。失電造成了電站的計算機監控系統停機，電站中控室無法監視發電機組狀態，造成電站與電網通訊中斷，電網調度無法獲取電站的相關數據，造成較大影響。

1 故障分析

由于1號UPS交流輸出空開未合導致負載發生短暫失電問題分析如下：

（1）兩臺UPS正常并聯運行時，交流輸出是并聯在一起的，通過并機通訊電纜將兩臺UPS的交流輸出信息相互傳輸調節來保持一致共同帶載。

（2）當時1號UPS在旁路運行狀態；2號UPS在逆變運行狀態時，1號UPS交流輸出空開未合，此時不會影響2號UPS工作。當1號UPS開機過程中，1號UPS交流輸出沒有介入到2號UPS交流輸出端，2號UPS檢測到1號UPS交流輸出電流很低，電壓很低（幾乎為0），此時2號UPS處于高電壓、高電流狀態。1號UPS隨著即將轉為逆變運行的變化，使得兩臺UPS在為了同樣逆變模式而準備著交流輸出數據保持一致性，因此導致2號UPS交流輸出電壓降低，1號UPS交流輸出電壓升高來達到電壓平衡值。隨著2號UPS交流輸出電壓不斷降低，當低于逆變器工作電壓值時，2號UPS自動形成低壓保護狀態，此保護狀態旁路不能工作（須等待1號UPS高壓保護等動作結束后旁路才有輸出）。2號UPS低壓保護動作后，1號UPS也進行逆變器高壓保護使得交流輸出電壓恢復至220V后，此時2號UPS旁路開始工作帶載并伴有故障信息。由于2號UPS與1號UPS做保護動作存在先后時差，導致2號UPS不能及時切換到旁路工作模式產生負載短暫失電現象（如諾未等到保護動作結束旁路立馬工作，會導致UPS電解電容爆裂）。

因此對于并聯冗余單母線輸出的UPS系統，需要注意的事項：

①兩臺UPS并聯運行時，并機通訊電纜必須可靠連接。

②兩臺UPS并聯運行時，交流輸出空開不得斷開。

③兩臺UPS旁路運行時，任一臺UPS開機，交流輸出必須連接。

④一臺UPS旁路運行，另一臺UPS逆變運行時；此時UPS開機，交流輸出必須連接。

2 解決方案

雙機單母線的UPS在實際運行中存在較大風險，要使UPS更可靠，應該采用雙機雙母線的根據《Q/CSG115001-2012南方電網調度自動化系統》的要求，調度系統UPS 電源系統宜采用雙機雙母線帶母行聯運接線方式。接線圖見下圖：

改系統配置說明：

（1）交流輸入回路需配置交流電源自動切換裝置；兩臺UPS 電源的交流輸入電源應分別取自不同的交流母線段，且每臺UPS 電源的交流輸入電源和旁路輸入電源應共用同一輸入電源。

（2）QA1 和QA2 為交流輸入斷路器，QA3 和QA4 為直流輸入斷路器，QA5 和QA6 為交流饋電母線進線開關，QA7 為饋電母線母聯開關。

（3）交流輸入電源為三相380V交流電源，直流輸入電源為220V直流電源，輸出電源為單相220V交流電源；直流電源取電站直流系統，不配備單獨的蓄電池。

（4）UPS系統自帶檢修旁路切換開關，在UPS逆變故障時使用檢修旁路供電。手動維修旁路開關應具有防止逆變輸出與檢修旁路同時供電的閉鎖措施。

（5）交流饋電母聯開關應具有機械防誤操作裝置，在正常情況下情況母聯開關不能合閘。

（6）UPS主機采用N+1冗余模塊化設計，當某一模塊故障時整套UPS系統輸出不受影響，可實現在線維護。

該系統運行方式說明：

（1）UPS系統正常運行方式為雙機帶雙母線運行，兩臺UPS相互獨立，每臺UPS帶一段饋電母線獨立運行。

（2）UPS系統兩條饋電母線帶的負載為雙電源供電設備，兩個電源分別取至不同的母線，只要有一段母線帶電，就能滿足監控系統運行的要求。

（3）UPS主機正常運行以使用交流電源為主，即將380V三相交流電能整流后再逆變輸出220V單相交流電能。

（4）當一路交流電源消失時，交流電源切換裝置將輸入電源將兩路交流電源并聯給，由一路交流電源帶兩套UPS主機工作。

（5）當交流電源消失時，由直流電源供電，直流電能逆變輸出220V交流單相電能，切換過程實現0ms無擾動切換。

（6）UPS主機采用N+1冗余模塊化設計，當某一模塊故障時整套UPS系統輸出不受影響；當UPS模塊均故障、或UPS整體需要維修時，可使用檢修旁路為負荷提供電能。

（7）交流饋電母聯開關正常運行時保持分閘狀態，只有當其中一套UPS故障無法工作時可合上母聯開關，由一套UPS帶雙母線運行。

由于計算機監控系統的重要的服務器、通信機、操作員站、工程師站采用雙電源供電，其兩個電源分別取至兩段母線，在一個UPS故障停止供電時，不影響監控系統的正常運行，設備運行的可靠性得到了保障。

參考文獻

[1]吳建仁.雍口電站監控系統UPS改造方案的選擇[J].中國農村水利水電，2008，（8）：144-145.

[2]周廷虎.安康水電廠計算機監控系統UPS電源故障原因分析[A].全國水電站運行技術經濟研討會[C].2006：121.

（作者單位：1.廣西大學電氣工程學院；2.龍灘水力發電廠）