AEG 60kVA UPS在火電機組的應用及事故分析

劉瑋 黃瑛琪

摘 要：UPS對保障火電機組的安全、可靠運行發揮了極其重要的作用。本文介紹了德國AEG 60kVA UPS的組成部分和運行方式，并分析了一起因該型號UPS故障導致機組跳閘的事故案例。

關鍵詞：UPS；火電機組；事故分析

一、AEG UPS裝置概述

可門電廠二期600MW火電機組使用的UPS裝置為德國AEG公司60kVA系列產品，每臺機組有兩套UPS裝置并列運行，互為備用。該UPS為雙變換純在線式結構，控制系統以多重微處理器為基礎，每個處理器處理不同任務，使控制系統具有強大的運算功能?？刂瓢逯g通過總線進行內部高速數據通訊，所有的運行和參數均由內部軟件管理。個體模塊之間的數據交換采用CAN總線的方式（Controller Area Network），CAN總線具有較高的抗干擾能力，廣泛應用在工業領域。

整流器（REC）向逆變器和電池提供直流電壓，逆變器（INV）把直流電壓轉換成單相220V的交流電壓。當市電出現故障時（比如市電丟失），UPS繼續通過電池不間斷地向負載供電。靜態旁路（SBS）更增強了整個UPS系統供電的可靠性，當逆變器INV故障時，靜態旁路SBS導通，保證了負載的不間斷供電。

二、AEG UPS的組成部分

1）整流器部分（Rectifier）：可控硅和控制單元、變壓器、電池濾波單元、干擾抑制裝置；

2）逆變器部分（Inverter）：功率（IGBT）和控制單元、干擾抑制裝置；

3）靜態旁路 （SBS）：可控硅和控制單元、干擾抑制裝置。

三、AEG UPS的4種不同運行方式

1）市電供電運行模式：整流器由市電供電，并把交流電壓靜態地變換成穩定的直流電壓。此直流電壓對電池充電，可根據連接的電池狀況自動涓流充電（Trickle Charge）。逆變器把直流電壓轉換成穩定的正弦波的交流電，供給到下級的負載。

2）市電失敗運行模式：市電已經不能充分地向UPS系統的整流器提供電力。在這種情況下，已被充滿的電池將不間斷地向逆變器供電。即使市電失敗，也能保證負載的供電，持續供電時間由電池的容量而定。當電池電壓降低到最低允許電壓時，逆變器將關斷。當市電的電壓和頻率恢復到允許的正常范圍時，整流器也自動恢復到正常整流狀態，重新開始向逆變器供電和向電池充電。

3）逆變失敗運行模式：如果逆變器故障，將通過靜態旁路向負載提供電力。靜態旁路是一個連接在負載和市電之間的電子開關，靜態旁路的同步單元保證了逆變器輸出電壓的相位和頻率時刻與市電同步。

4）手動旁路運行模式：手動旁路方便了維護和服務人員能在不斷開向負載供電的情況下開展工作。（需要注意：手動旁路開關只能在逆變器輸出被斷開后閉合。手動旁路運行狀態時，如果市電停電，UPS的負載也會斷電。）

四、事故經過及原因分析

（一）事故經過

2014年10月8日17：03，可門公司#4機組光字牌突發“UPS綜合故障”報警，DCS上2311畫面“UPS蓄電池運行”、“逆變器運行”報警。運行人員就地檢查#4機組#1UPS報“旁路自檢故障”“看門狗故障”，#1UPS無輸出、旁路電壓測量丟失，#2UPS已切至自動旁路運行方式。

電氣檢修人員檢查初步分析為#4機組#1UPS旁路接口板故障，積極聯系廠家（AEG北京辦事處）并查找備件，確定廠家技術人員10月10日攜備件到廠處理。

因#4機組#2UPS已切至自動旁路運行，#4機組UPS饋線負荷僅靠保安MCC 單路電源供電，#2UPS逆變及直流均無法備用供電，為提高UPS電源和負載的可靠性，同時盡早隔離#1UPS避免影響#2UPS運行，經與廠家溝通確認，計劃10月9日進行#1UPS轉檢修及#2UPS切回逆變運行操作，待10日廠家到廠后再檢查并更換卡件。

10月9日上午制訂技術方案，下午運行會同電氣檢修在#3機組（調停狀態）進行相應操作演練均正常后，當晚將#4機組#1UPS隔離至檢修狀態。操作過程中#1UPS轉檢修狀態正常，21：39在進行#2UPS由自動旁路切至逆變運行時因靜態開關環流引起保安MCC開關跳閘造成機組UPS負荷全部失電。21：44磨煤機全部跳閘，鍋爐MFT，機組緊急停機。

10月9日21：39 CRT畫面上發現UPS輸出無電壓時，檢修人員立即到就地檢查確認#4機組UPS確無電壓輸出，旁路電源丟失，立即手動將#2UPS切至直流逆變運行，恢復#4機組UPS供電。經檢查并咨詢AEG廠家技術人員，分析為#2UPS靜態開關（旁路控制板）故障導致切換時進線電源環流造成跳閘。檢修人員立即從#3機組#1UPS拆下旁路接口板、旁路控制板進行更換后，啟動#4機組兩套UPS并機運行正常。機組重新啟機，于10日06：45并網成功。

（二）原因分析

1）因為#4機#1UPS在2014年初曾出現“看門狗故障”，當時經過廠家確認后更換過旁路控制板，所以初步分析為#1UPS旁路板卡再次發生故障。此后將#4機#1UPS的旁路接口板和旁路控制板替換到之前正常運行的#3機#1UPS，#3機#1UPS出現同樣的故障信號，因此可以確定為旁路板卡故障。分析得出：可能因為旁路控制板故障，檢測不到旁路運行，無法提供給逆變控制板正確的旁路運行信號，從而導致逆變控制板程序錯亂，切斷逆變輸出，引發#1UPS無輸出。

2）#4機#1UPS退柜過程中，#2UPS報警信息：“逆變器故障、并機操作故障、并機CAN通信故障、收不到主機信息”，多次重新啟動逆變器均失敗原因：X3二次插頭是并機CAN通訊線，拔出時出現“并機操作故障、并機CAN通信故障、收不到主機信息”為正常的報警信號，#4機#2UPS誤接收到#1UPS旁路的運行信號，因此將逆變切至旁路，以防止兩臺UPS的電源環路發生。同樣在#3機#1UPS換上#4機#1UPS的旁路接口板和旁路控制板后，當啟動#1UPS，插上X3二次插頭時，#3機#2UPS會短暫將逆變切至旁路再切回逆變，都是由#1UPS的故障旁路板卡引起。

3）在#1UPS由檢修旁路進行供電、#2UPS輸出空開斷開運行方式下，操作#2UPS進行并機；操作至#2UPS靜態旁路切至主電源供電（整流逆變）方式時，因#1、2UPS輸出電壓壓差大，經切換第三次時，UPS失電上級旁路電源開關跳閘原因：對于UPS無論是否斷開輸出空開，程序默認輸出空開在合閘位置，因此當#1UPS 在檢修旁路位置時，為防止#2UPS逆變輸出和#1UPS旁路輸出兩路電源形成環路，控制板不允許#2UPS由旁路切至逆變。多次操作導致靜態開關狀態錯誤時，#2UPS逆變輸出和旁路輸出兩路電源同時存在，形成環路，導致上級旁路開關跳閘。

4）UPS失電后，熱控電源盤柜電源切換為由保安MCC 備用電源帶，但是切換裝置切換過程中出現斷電現象導致控制回路失電造成給煤機跳閘，進而機組發生跳閘。

參考文獻：

[1] 趙建統，梁樹坤.UPS電源的現狀、發展及選配[J].電源世界，2008（10）.

[2] 吳振英.UPS不間斷電源淺談[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2009（02）.

[3] 馮勇，尚金梅.UPS不間斷電源的原理與維護[J].黑龍江科技信息，2009（12）.

作者簡介：

劉瑋（1987-），男，漢族，福建漳州人，本科，助理工程師，研究方向：電氣自動化；黃瑛琪（1986-），女，漢族，廣西桂林人，學士，助理工程師，研究方向：電氣自動化。