變電所UPS停機事件的原因分析與對策

趙建剛 張雷

摘? 要：在化工企業中供電可靠性是衡量電能質量的重要指標，更是維護生產安全絕對保障。該文通過對變電所UPS停機事件的經過、原因進行分析，制訂相應的措施及防范對策;加強員工的培訓及巡檢督察，對低壓母線停電的倒閘操作票進行修訂，添加對UPS主備電源的檢查和UPS運行參數、開關位置、報警信息的檢查程序等;確保低壓母線停電倒閘操作過程中UPS供電正常，防止停電事件的再次發生。

關鍵詞：變電所? UPS? 停機? 對策

中圖分類號：TM73? ?文獻標識碼：A

Abstract： In chemical enterprises， power supply reliability is not only an important index to measure power quality， but also an absolute guarantee to maintain production safety. Through the analysis of the process and causes of a UPS shutdown event in a substation， the paper? formulates corresponding measures and preventive countermeasures; Strengthen staff training and patrol inspection， revise the switching operation ticket of low-voltage bus power failure， and add the inspection procedures for UPS main and standby power supply and UPS operation parameters， switch position and alarm information; Ensure that the UPS power supply is normal during the power failure and switching operation of low-voltage bus， and prevent the recurrence of power failure.

Key Words： Substation; UPS; Shutdown; Countermeasure

隨著自動化水平的不斷提高，用電設備的不斷增加，對供電可靠性、安全性不斷提高。然而由于某種原因導致供電中斷，電氣設備跳停、生產控制停車，給工藝生產可能帶來了巨大的經濟損失，甚至人身傷亡，這就對于為工藝生產中關鍵設備供電提出了更高的挑戰。在這種情況下，UPS應運而生。UPS電源裝置的出現，從根本上解決了因關鍵設備停電造成人員傷亡和巨大經濟損失的問題，為工業生產的順利進行提供了保障。然而UPS作為一款的電氣設備，也同樣存在出現問題造成關鍵設備失電的風險。該文將以一例UPS非正常停機造成工藝生產停車案例進行原因分析，制訂措施及采取防范對策，從根本上解決此類事件的發生。

1 UPS裝置介紹

1.1 UPS裝置

UPS裝置是能夠為工業計算機后臺、儀表、DCS等提供高質量、高可靠性、高穩定性的獨立電源系統。當電網（電源）突然失電或斷電時，UPS裝置依舊可以保持不間斷供電輸出。UPS裝置的主要組成為整流器、逆變器、靜態旁路、檢修旁路（手動維修旁路）。整流器為逆變器和電池組提供直流電壓。逆變器則是把直流電壓轉換成單相的交流電壓。當主交流電源出現故障時（例如主交流電源供電中斷），UPS電池組將繼續不間斷的向負載供電。靜態旁路則進一步確保了UPS裝置供電的可靠性。當逆變器故障時，靜態旁路接通供電保證了負載不間斷的持續供電。該案例中的變電所UPS裝置采用的是某知名品牌UPS系統。

1.2 UPS裝置工作方式

1.2.1 正常運行方式

UPS正常供電輸出圖1所示，在正常運行方式下，主交流電源為整流器提供交流電壓同時為電池組充電，使電池處于滿充狀態，并通過逆變器將整流器輸入的直流電壓變換為電壓有效值和頻率有效值均很穩定的交流電，再通逆變器的靜態開關向負載供電[1]。

該品牌UPS裝置的靜態開關采用先進的“DPS”微處理芯片來實現數字鎖相閉環反饋，以保證整流器輸出電壓與靜態旁路交流電壓的波形同步。電壓波形同步后，能夠使整理逆變回路不間斷切換至靜態旁路向負載提供電源，或者由靜態旁路不間斷切換至整理逆變器回路向負載供電。

1.2.2 主交流電源中斷或整流器故障時的工作方式

UPS電池輸出圖2所示，當主交流電源停電或電源電壓超過允許范圍，整流器發生故障無法正常工作導致停止提供直流輸出時，UPS電池組將向逆變器不間斷提供電壓輸出繼續為UPS負載供電。與此同時，整流器會監視電池組電壓狀態，通過UPS顯示面板報告電池組電壓數值，以及估算出電池組剩余后備時間等相關信息。同時，還可以發出聲、光報警通知運行人員電池組電壓降低告警事件信息，用以提示在電池組中斷供電前采取措施防止造成停電。

當電池組電壓下降至電池電壓下線值355 V前時，電池的后備時間即將結束，UPS裝置顯示器會顯示“電池及剩余電池后備時間和負載百分率”以警示運行人員采取措施。當電池電壓下降至下限值335 V時，電池開關脫口，電池供電終止。這將造成逆變器停止運行，并通過靜態開關不間斷地切換至靜態旁路電源供電。在這種情況下，必須采用手動復位電池開關辦法才能使逆變器重新啟動工作，否則逆變器在任何情況下無法自動啟動[2]。

1.2.3 旁路運行方式

UPS靜態旁路輸出圖3所示，由于各種原因（如主交流電源停電、逆變器故障、過載時間過長以致啟動過熱保護、電池后備時間耗盡等）造成整理逆變回路無法輸出的緊急情況下，靜態開關自動切換至靜態旁路的運行方式。在此種緊急運行方式下，UPS負載是通過靜態旁路提供電源，但此時如果靜態旁路交流電源中斷供電負載將失去電源。同時，UPS裝置會發出聲、光報警，提示運行人員對UPS進行檢查維修[3]。

1.2.4 手動維修旁路運行方式

當對UPS裝置進行檢修或維修需要將靜態開關，逆變器退出運行而又不能中斷負載供電時，可以采用手動維修旁路運行方式。在手動維修旁路運行方式下，可以進行修理、更換故障部件，在此種方式可安全可靠的進行檢修或維護。待檢修完成，即可恢復至正常運行方式而不會造成對負載中斷供電。

2? UPS停機事件原因分析及對策

2.1? UPS停機事件發生經過

某年8月9日由于XXX變電所供電的生產裝置反應器2#攪拌機1611A1502電機開關柜發熱嚴重，需要將該變電所380 V 10段母線停電，并請廠家來人處理。9：00接到工程師指令：XXX變電所380 V 10段停電通知，做準備，并寫好操作票。12：30收到機電儀工程師簽發的“XXX變電所反應器2#攪拌機1611A1502電源母線檢修”第二種工作票。12：50收到生產裝置工藝人員380 V 10段所帶電機及設備可停電確認單。UPS屬于保運管理范圍，因而通知保運人員檢查UPS。12：55得到保運人員確認旁路電源可以停電。電氣運行人員確認380 V 9段，10段UPS主回路兩路電源均供電正常。當時電儀工程師、熱電工程師、工藝負責人均在場確認一切正常后，13：01開始進行倒閘操作，13：05在拉開380 V 10進線開關時，發現380 V 9段、10段有部分電機跳閘。此時，工藝人員接電話得知DCS后臺黑屏。熱電電氣工程師指示迅速恢復380 V 10段供電。13：06恢復供電，熱電工程師及電儀人員及保運人員迅速趕往UPS室處理，發現UPS失電。經熱電中心最終確認為UPS故障導致部分電機跳閘和DCS后臺黑屏。

2.2 UPS停機原因分析

某年8月9日XXX變電所10段母線停電前7月31日，XXX變電所380 V 9段母線曾經停電檢修。而UPS兩路主電源在9段，旁路電源在10段。由于停運9段，UPS主電源失電，UPS的負載完全依靠電池供電。由于放電時間過長（廠家定義初始電池后備時間為8小時。但需根據具體負載大小視情況而定）導致電池放電電壓低于下線值（335 V），致使電池開關脫扣，供電方式切換至靜態旁路供電（電源在10段）。當9段恢復送電后由于電池開關脫扣未復位逆變器無法啟動，導致UPS電源供電仍由靜態旁路（10段）供電。8月9日XXX變電所檢修10段（UPS旁路電源在10段）時由于檢查不到位未能發現UPS由靜態旁路供電，導致停10段后UPS電源完全失電造成DCS后臺停電最終致使生產裝置跳車[4]。

2.3 防范對策

UPS停機事件發生后，熱電中心電氣裝置為預防此類事件的再次發生，采取了以下防范措施。組織電氣運行人員對UPS系統進行培訓，學習運行原理，重點對運行方式，各種運行方式下所具有特點進行培訓學習。加強重要設備的巡檢。通過此次事故的發生原因可以看出設備的巡檢是需要劃分主次要關系的，不能一概而論，分出重點主次關系，普通設備巡檢時達到巡、聞、聽就可以基本滿足巡檢要求了，而重要的設備不僅要巡、聞、聽，還要有查。以UPS為例要查主備電源狀態，查運行參數，查開關狀態。對低壓母線停電的倒閘操作票進行修改[5]。添加對UPS主備電源的檢查和UPS運行參數，開關位置，報警信息的檢查，確保低壓母線停電倒閘操作過程中UPS供電正常，防止上述事件的再次發生。對檢修時長也要格外關注，在UPS系統說明書中明確指出，電池供電的時間為超過三倍的額定后備時間。注意檢修時間的把握，如果超出三倍的額定后備時間，要注意電池開關脫口復位的問題。（具體后備時間還需依據負荷大小，UPS型號，電池容量不同具體計算評測）[6]。

3 結語

隨著工業現代化的進一步推進，UPS的應用日趨廣泛和成熟，給工業生產帶來便利可靠的同時，也為UPS安全運行帶來考驗。嚴格UPS的運行操作規程，深入掌握UPS技術知識，落實運行中規章制度。筆者認為UPS安全運行完全可以得到保證的。

參考文獻

[1] 張翔，吳云芳，王劍洪.UPS逆變裝置異常分析[J].農村電氣化，2021（9）：18-20.

[2] 陳海橋，郭向利.某核電廠非計劃停機停堆事件分析與探討[J].電工技術，2020（7）：114-115.

[3] 俞瀟強，陳家新，胡晨陽，等.基于視窗平臺的UPS產品質量檢測系統開發[J].組合機床與自動化加工技術，2018（4）：60-65.

[4] 王憲峰.在線式UPS的研究與設計[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2021.

[5] 楊鵬程.UPS電源在電力系統運行安全中的保障作用探討[J].產業與科技論壇，2021（18）：35-36.

[6] 楊光濤.淺談UPS電源系統在熱電廠的應用[J].電子世界，2021（14）：130-132.