秦山核電二廠3/4 號(hào)機(jī)組常規(guī)島UPS 運(yùn)行分析

周增強(qiáng)

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

1 秦山二廠3/4 號(hào)機(jī)組常規(guī)島U P S 裝置簡(jiǎn)介

1.1 3/4 號(hào)機(jī)組常規(guī)島UPS 裝置的配置

UPS （Uninterruptible Power System） 即不間斷電源，是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。 它的作用是向重要負(fù)荷如計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等供應(yīng)不間斷電源。 秦山二廠3/4 號(hào)機(jī)組常規(guī)島UPS 裝置是瑞士GUTOR （固特瑞）公司的產(chǎn)品，位于常規(guī)島6 kV 配電間內(nèi)，其配置為：每臺(tái)機(jī)組配置兩套UPS 電源（LNQ/LNR），每套各有一個(gè)主機(jī)柜、一個(gè)旁路柜和一個(gè)出線柜，整流器、逆變器、旁路變壓器及靜態(tài)開(kāi)關(guān)等是其核心裝置。 每一個(gè)UPS 裝置的主機(jī)柜上都有一個(gè)顯示面板，上邊有液晶顯示屏、操作軟按鈕、運(yùn)行示意圖和報(bào)警指示燈，在這個(gè)面板上可以實(shí)現(xiàn)UPS 的啟動(dòng)、停運(yùn)、切換、報(bào)警信息查看、運(yùn)行信息查看等功能。 UPS 主機(jī)額定容量為80 kVA，旁路變壓器容量為100 kVA，額定輸出電壓為交流220 V，額定輸出頻率為50 Hz。

1.2 3/4 號(hào)機(jī)組常規(guī)島UPS 電源相較1/2 號(hào)機(jī)組的改進(jìn)

1/2 號(hào)機(jī)組常規(guī)島UPS 只有LNQ 一路電源向下游負(fù)荷供電，若LNQ 供電母線出現(xiàn)故障，一般會(huì)立即導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)組停運(yùn)，而3/4 號(hào)機(jī)組常規(guī)島UPS 電源分為L(zhǎng)NQ 和LNR，兩路電源共同向下游負(fù)荷供電，實(shí)現(xiàn)了重要負(fù)荷雙路供電， 分散了負(fù)荷失電的風(fēng)險(xiǎn)。另外經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的3/4 號(hào)機(jī)組常規(guī)島UPS 裝置的控制電源由裝置內(nèi)部電源供給， 其控制電源分為兩路：內(nèi)部電源一， 由充電器輸入電源和旁路輸入電源提供；內(nèi)部電源二：由LAB 直流母線提供電源。兩路中的一路就可以滿足系統(tǒng)對(duì)控制電源的要求。

1.3 3/4 號(hào)機(jī)組常規(guī)島UPS 裝置輸入電源的構(gòu)成及核心設(shè)備的作用

1.3.1 UPS 裝置輸入電源的構(gòu)成

為了使UPS 裝置向重要負(fù)荷提供可靠的、穩(wěn)壓和濾波的不間斷電源，裝置設(shè)置了三路電源向其供電。 第一路電源為廠用380 V 交流電源，為正常運(yùn)行時(shí)的供電電源；第二路為220 V 直流母線電源，取自直流220 V LAB母線；第三路為廠用380 V 交流電源，取自LKQ（LNQ）、LKT（LNR）交流母線，這路電源經(jīng)過(guò)旁路變壓器降壓為220 V 交流電源后通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)向負(fù)荷供電。 每套UPS裝置都設(shè)置了一臺(tái)逆變器、一臺(tái)整流器、一臺(tái)旁路變壓器、兩個(gè)靜態(tài)開(kāi)關(guān)和一個(gè)手動(dòng)旁路切換開(kāi)關(guān)，三路輸入電源就是通過(guò)這些設(shè)備間的作用和切換實(shí)現(xiàn)向UPS 裝置供電的。 工作示意圖如圖1 所示。

圖1 UPS 裝置工作示意圖

1.3.2 核心設(shè)備的作用

充電器：用于將正常電源廠用380 V 交流電源整流為220 V 直流電源，以向逆變器提供一個(gè)恒壓直流電源；需要提及的是一般的充電器運(yùn)行都可以下蓄電池充電，如均充或浮充電方式等，但此處的充電器不能向蓄電池充電， 因?yàn)橹绷骶€路上有一個(gè)二極管存在，只允許蓄電池向UPS 供電，而不允許充電器向蓄電池供電。

逆變器：逆變器的輸入由充電器直流輸出和帶二極管的LAB 直流母線輸出并聯(lián)供電，用于將直流逆變?yōu)楦鼮榉€(wěn)定的交流電源，輸出額定容量為80 kV·A。

旁路變壓器：它由隔離變壓器和調(diào)壓變壓器串聯(lián)組成，額定容量為100 kV·A，用于將旁路電源降壓后供給下游負(fù)荷。

靜態(tài)開(kāi)關(guān)：用于將逆變器的逆變電源和旁路變壓器來(lái)的電源間快速切換。

三位置手動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)Q050：具有3 個(gè)位置，分別是Auto（自動(dòng)）位置、Test（試驗(yàn)）位置和Bypass（旁路）位置。 當(dāng)開(kāi)關(guān)處于Auto 位置時(shí)，負(fù)荷由靜態(tài)開(kāi)關(guān)出口供電，靜態(tài)開(kāi)關(guān)可以是逆變器供電也可以是旁路變壓器供電；當(dāng)開(kāi)關(guān)處于Test 位置時(shí)，負(fù)荷直接由旁路電源供電，但靜態(tài)開(kāi)關(guān)同時(shí)接有逆變器和旁路變壓器電源， 此時(shí)可對(duì)靜態(tài)開(kāi)關(guān)進(jìn)行試驗(yàn)而不影響負(fù)荷的運(yùn)行；當(dāng)開(kāi)關(guān)處于Bypass 位置時(shí)，負(fù)荷直接由旁路電源供電，但旁路變壓器向靜態(tài)開(kāi)關(guān)的供電隔離，此時(shí)可以停運(yùn)逆變器，實(shí)現(xiàn)停運(yùn)檢修。

2 U P S 裝置運(yùn)行原理及運(yùn)行方式

2.1 正常運(yùn)行方式

UPS 裝置正常運(yùn)行時(shí)為：主路380 V 交流電源輸入后經(jīng)過(guò)充電器整流為220 V 直流，再經(jīng)過(guò)逆變器變?yōu)橹绷魍ㄟ^(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)EA 送至出線柜提供給下游負(fù)荷。 此時(shí)，逆變器跟蹤旁路電源的頻率并與旁路電源同步，當(dāng)旁路電源超出正常范圍時(shí)，逆變器放棄跟蹤，轉(zhuǎn)為自動(dòng)調(diào)整輸出頻率。

2.2 直流運(yùn)行方式

當(dāng)主路380 V 交流電源輸入電壓下降或充電器故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換至第二路電源LAB 220 V 直流系統(tǒng)供給， 此種切換不會(huì)對(duì)下游負(fù)荷的運(yùn)行造成干擾。 此時(shí)供電方式如下：直流輸入電源不需要經(jīng)過(guò)充電器， 直接由逆變器變?yōu)榻涣麟娫赐ㄟ^(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)EA經(jīng)出線柜提供給下游負(fù)荷。

2.3 旁路變壓器運(yùn)行方式

當(dāng)?shù)诙冯娫醇粗绷麟娫丛偈r(shí)， 逆變器輸出電壓消失， 靜態(tài)高速開(kāi)關(guān)EA 自動(dòng)的切換到EN 供電（即EA 斷開(kāi)，EN 導(dǎo)通）， 此時(shí)就由旁路電源通過(guò)旁路變壓器降壓后經(jīng)過(guò)EN 向下游負(fù)荷供電，從逆變器輸出電流消失到切換至旁路電源，總切換時(shí)間小于5 ms，不會(huì)對(duì)下游負(fù)荷造成影響。

2.4 手動(dòng)旁路運(yùn)行方式

在機(jī)組正常工況下，如需隔離UPS 但又不能使下游負(fù)荷失電時(shí)， 需要通過(guò)一個(gè)3 位置手動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)（開(kāi)關(guān)具有在切換過(guò)程中先通后斷的性能） 切換至旁路電源供電，切換后可停運(yùn)UPS 裝置。 但需要注意的是，此時(shí)旁路電源一旦故障失去，下游負(fù)荷將立刻失去電源。

UPS 裝置的不間斷供電方式的原理就在于以上4 種供電方式的切換，將電源經(jīng)過(guò)充電器和逆變器后變?yōu)槠焚|(zhì)更為穩(wěn)定的交流電源。為什么不將市電的交流電源直接供給負(fù)荷呢？這是因?yàn)槭须婋娫吹钠焚|(zhì)變化較大，可能導(dǎo)致負(fù)荷運(yùn)行中出現(xiàn)波動(dòng)。 將市電電源經(jīng)過(guò)UPS 裝置，則輸出電源品質(zhì)會(huì)大為改善，經(jīng)過(guò)逆變器后輸出電源電壓變化范圍為+1%～-1%額定電壓、頻率為+0.05%～-0.05%額定頻率，從而達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

UPS 的運(yùn)行除第一種運(yùn)行方式外，其他幾種方式都為非正常運(yùn)行方式，在非正常方式下運(yùn)行的時(shí)間應(yīng)盡量短，正常運(yùn)行時(shí)逆變器跟蹤旁路電源的頻率并與旁路電源同步，因此，旁路電源的電壓頻率就是充電器的輸入電壓頻率， 當(dāng)旁路電源超出正常范圍時(shí)，就表明旁路輸入電源故障，逆變器放棄跟蹤，轉(zhuǎn)為自動(dòng)調(diào)整輸出頻率。

3 常規(guī)島U P S 裝置運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及改進(jìn)措施

常規(guī)島UPS 裝置自投運(yùn)以來(lái)， 總體運(yùn)行良好，但也出現(xiàn)過(guò)幾次異常導(dǎo)致汽輪機(jī)停機(jī)和反應(yīng)堆停堆嚴(yán)重后果。

事件一：2012年3月3日3LNQ 卡件故障導(dǎo)致逆變器輸出喪失但又沒(méi)有切換至旁路電源供電。

事件二：2012年10月20日3LNQ 逆變器故障，且未能切換到旁路帶載，導(dǎo)致3LNQ 配電盤再次失電。

鑒于3LNQ 曾出現(xiàn)的自動(dòng)關(guān)機(jī)事件，建議將逆變器軟件升級(jí)為SP6。 SP6 比原軟件SP5 采樣記錄時(shí)間更短， 具有更好的記錄事件能力； SP6 軟件可以記錄更短的時(shí)間事件，同時(shí)可以檢測(cè)記錄設(shè)備內(nèi)外發(fā)生的事件，有利于故障分析，并具有對(duì)軟件校驗(yàn)和定期檢查功能。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)本文的分析，可得出以下結(jié)論：

（1）UPS 裝置在原理上能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷供電，但這是建立在設(shè)備的高可靠性上。如果關(guān)鍵設(shè)備故障，在緊急的情況下就不能實(shí)現(xiàn)對(duì)重要負(fù)荷不間斷的供電。

（2） 應(yīng)該及時(shí)關(guān)注廠家對(duì)UPS 設(shè)備的升級(jí)情況，將我廠UPS 系統(tǒng)的配置（包括軟件和硬件）提高到最新的要求，以應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的未知故障。

（3）在大修期間，對(duì)靜態(tài)開(kāi)關(guān)EA 和EN 之間的切換進(jìn)行試驗(yàn)，以驗(yàn)證它們之間切換的可靠性，本文認(rèn)為試驗(yàn)是必要的可行的。