UPS并機系統逆變器短路報警故障分析

宋奕然

（廣東紅海灣發電有限公司，廣東汕尾 516623）

1.工作原理

ALP-40K-1-DC110-PR 40kVA型雙主機并聯UPS系統在正常運行情況下，兩臺UPS平均分擔負載，即各帶50%負載。當其中一臺UPS（以下稱UPS A）逆變器因逆變器輸出電壓過高/過低、輸出頻率過高/過低、暫態響應時間超出要求的調節范圍（此時旁路交流電源的變化在合格范圍內）時，該UPS逆變器將會自動關閉，同時UPS A不會切換至靜態旁路供電的模式，而負載將全部轉為由另一臺UPS（以下稱UPS B）進行供電。當UPS A的逆變器故障排除后，將自動重新啟動，系統恢復由兩臺UPS平均分擔負載進行供電的狀態。當且僅當兩臺UPS的逆變器因逆變器輸出電壓過高/過低、輸出頻率過高/過低、暫態響應時間超出要求的調節范圍（此時旁路交流電源的變化在合格范圍內）時，兩臺主機將全部切換至靜態旁路供電。

2.故障描述

根據廠家提供電氣原理圖1可知，A、B兩套系統完全獨立，并未發現有關聯，ALP-40K-1-DC110-PR 40kVA型UPS A主機柜需進行檢修時，逆變器電源開關分閘、備用電源輸入開關分閘、直流電源輸入開關分閘、檢修旁路電源開關分閘，UPS A主機應處于隔離狀態，可進行檢修工作。抽出UPS A主機柜靜態開關模組后，UPS系統出線柜電壓表顯示電壓下降至110V，用萬用表測量出線端電壓確認UPS系統輸出電壓僅為110V。將UPS A主機柜靜態開關模組回裝，UPS B主機柜逆變器短路報警并聯跳出口靜態開關，由于UPS A主機控制器已被斷電，UPS A主機無故障發出，UPS B主機不滿足切換至靜態旁路的條件，故旁路靜態開關未合閘，導致UPS系統無輸出。

圖1 40kVA UPS并機廠家電氣原理圖

3.故障分析

故障原因排查，將UPS系統所帶所有負載開關斷開，將UPS B主機柜報警復位，將靜態旁路開關合閘，此次UPS B主機柜正常輸出，UPS出線柜電壓表電壓顯示及萬用表測量確認UPS系統電壓恢復220V。隨后閉合整流器輸入開關，整流器開始工作。整流器充電完畢后，UPS B主機柜“蓄電池電壓低”及“蓄電池低壓鎖機”報警消除。報警消除后啟動逆變器，逆變器成功啟動后，UPS B主機自動從靜態旁路運行模式切換至逆變器輸出模式，UPS B主機柜正常啟動，各項參數正常，故排除UPS B主機柜故障。隨后逐步將負載開關合閘，排查負載是否存在接地、短路現象，當負載開關全部合閘后，UPS B主機柜仍正常運行，輸出各項參數均正常，排除負載故障。

綜上所述，基本確認故障原因為UPS A主機柜靜態開關模組抽出導致，并對廠家提供電氣原理圖產生質疑。通過對柜內接線重新核對后確認該系統圖并不正確，實際接線確認此型號的并機UPS系統存在硬接線聯鎖，但廠家圖紙上并未體現。根據現場實際接線及原理，實際原理圖2所示。

圖2 40kVA UPS并機實際電氣原理圖

如圖2所示，現場每套UPS主機柜并非兩個靜態開關，而是三個靜態開關，三個靜態開關物理安裝位置均在主機柜內的靜態開關模組上，通過第三個靜態開關（后文稱為IA靜態開關）連接兩套UPS系統的IA點，通過IA連接兩套UPS系統。IA靜態開關兩端設有接觸器，接觸器線圈電源取至各UPS主機柜的手動檢修旁路開關后端，當手動檢修旁路開關合閘后，接觸器吸合，從而實現與靜態開關同樣的功能。兩臺UPS主機柜逆變器后端的隔離變壓器移至靜態開關出線側，且隔離變壓器變為110V隔離變壓器，兩臺變壓器通過串聯方式再將電壓升至220V送至饋線柜。

結合圖2可知，直流電通過逆變器并未直接經過隔離變壓器變壓，而是經過靜態開關后在通過隔離變壓器變壓為AC220V，IA靜態開關的作用就是將兩臺UPS主機進行并聯后，通過串聯的隔離變壓器完成變壓工作。在正常運行情況下，IA靜態開關處于合閘位，當其中一臺UPS主機柜因逆變器故障無法輸出時，切換至靜態旁路進行供電，IA靜態開關仍可處于合閘狀態。當UPS主機柜逆變器故障，靜態旁路無法合閘的情況下，手動將手動檢修旁路開關合閘，QJ1可代替IA靜態開關并聯兩臺UPS主機柜。

結合圖2與現場實際情況分析，當A套UPS檢修時，手動檢修旁路開關、逆變器電源開關，備用旁路開關、直流輸入開關均處于關閉狀態，當A套UPS主機柜抽出靜態開關模組時，靜態開關處于物理斷開狀態，且因手動檢修旁路開關處于分閘狀態，QJ1未得電無法閉合，導致并線IA斷開，A套UPS隔離變壓器停止工作，此時UPS系統輸出電壓降到110V。當A套UPS主機柜將模組進行回裝后，由于IA靜態開關激發電源取至后端L線，當靜態開關模組安裝完畢的瞬間，IA靜態開關激發導通，進而使IA導通，A套UPS隔離變壓器瞬間工作，隔離變壓器工作瞬間產生的涌流被UPS系統判定為短路故障，UPS系統為保護裝置自動切斷所有輸出。

4.總結

了解此類型并機UPS系統正確工作原理后，此類并機UPS系統轉檢修步驟：（1）任意一臺UPS主機柜需轉檢修時，兩套UPS系統均需優先停運逆變器（先合手動檢修旁路開關將聯跳兩臺UPS系統逆變器），使兩套UPS系統轉至由靜態旁路輸出為負載供電的狀態，可有效避免因誤操作導致逆變器故障停運；（2）逐一斷開兩套UPS系統直流輸入開關；（3）逐一斷開兩套UPS系統斷開整流器輸入開關；（4）逐一合上兩套UPS系統手動檢修旁路開關，確認QJ1、QJ2接觸器正確動作，檢查饋線柜出現電壓是否正確；（5）確認QJ1、QJ2接觸器正確動作后，逐一斷開兩套UPS系統斷開靜態旁路輸入開關。