火力发电厂集控UPS旁路报警的分析与处理

2016-03-13潘阳，王义

电力安全技术 2016年12期

关键词：波形图旁路静态

潘阳，王义

(中外合资合肥第二发电厂，安徽合肥 230617)

火力发电厂集控UPS旁路报警的分析与处理

潘阳，王义

(中外合资合肥第二发电厂，安徽合肥 230617)

火力发电厂不间断电源系统(UPS)是整个电厂电力系统的安全防线和重要的电气设备。基于一起UPS旁路频繁报警的异常故障，介绍故障的发现及排查过程，指出UPS旁路电压与逆变器出口电压不同步是故障原因，提出相应的解决方案，为UPS的检查和消缺经验的完善提供了参考。

火力发电厂；UPS；旁路；相位异常

0 引言

UPS(Uninterruptible Power System，不间断电源系统)是一种在设备遇到非计划停电时，能够紧急取代外接电源，保证计算机及重要电子设备得到连续、稳定和高品质电力供应的可靠电源系统，是发电厂集中控制室关键电源设备。

在现代化的发电厂中，随着发电机组单机容量的不断增大，对机组的保护和控制的可靠性要求也越来越高。特别是厂内一些重要负荷，如汽机DCS、锅炉DCS、机炉热控电源等对电能的质量要求非常严格。然而UPS长期运行时会出现一些问题，如UPS电源装置逆变器故障时备用旁路电源切换不成功、UPS蓄电池故障或UPS电源控制系统故障都会造成UPS输出电压中断或输出电压品质变差、电压短时间失去或小幅波动，这些都可能造成机、炉失去控制或非计划停机。现对UPS系统报警及其静态旁路电压波形进行分析，发现UPS控制系统的缺陷并对其进行了处理，为UPS异常报警处理提供了一种有实际参考价值和指导意义的处理方式。

1 UPS型号及特性

某电厂UPS采用ABB公司提供的型号为G220E220/227/2rfg-P50+EUE的装置，其容量为50 kVA。装置包括整流器、逆变器、静态旁路开关、闭锁二极管、旁路电源变压器、电压调整变压器、配电屏等部件。

UPS运行情况如图1所示，手动旁路电源来自400 V厂用A2段，静态旁路电源来自厂用400 V保安EB段，整流器电源即直流小室220 V充电机，220 V蓄电池在集控蓄电池小室。

图1 UPS运行示意

通过主电源整流后，在为逆变器供电的同时给蓄电池组充电，逆变器输出连接到负载母线上，为负载供电。

当整流器或者主电源故障时，由蓄电池为逆变器供电维持负载继续运行。当逆变器故障时，静态旁路开关自动将负荷切换到旁路电源供电。保证负荷的不间断供电。当UPS内装置检修或者试验时，可以切换到手动旁路。

2 异常现象简述

该厂1号机组UPS电源装置自2001年投运以来，一直运行稳定，且工作环境优良。自集控运行人员于2015-07-31发现UPS装置间断发出“旁路闭锁”报警以来，UPS装置便陆续间断发生报警，报警频率每天几次至几十次不等。

当面板正常时，运行指示灯绿灯正常指示；当面板异常时，控制面板旁路报警指示红灯亮。此外，控制模块上A12板的H307红灯变亮，表示“总线电源与逆变器存在相位偏差”；当逆变器停下时，该信号也出现。控制模块上A5板的H102红灯变亮，表示“总线电源电压与逆变器电压不同步，静态旁路开关闭锁”。

3 异常现象分析

造成静态旁路闭锁(即A5板H102红灯亮)有5种可能性，分别是：

(1) 静态旁路电源电压不存在或超出允许变化范围；

(2) 逆变器出口电压与静态旁路电源电压存在不同步；

(3) 逆变器处于试验运行方式(运行方式为正常的逆变器工作方式，故排除)；

(4) 静态旁路电源频率存在偏差或频率控制被闭锁；

(5) 静态旁路电源的负荷电压保险损坏(经检查，保险良好，故排除)。

为具体分析报警原因，检修人员分别对1号机UPS正常及异常时的电压、2号机UPS正常时的电压进行测量，并对波形进行分析。

UPS在不同运行状态下的波形图如图2所示，幅值大的波形(A，约240 V)电压为总线电源电压，幅值小的波形(B，约220 V)电压为逆变器出口电压。

3.1 排除原因4

经过多次测量观察，发现UPS正常和报警时的每个逆变器出口电压和旁路电源电压波形的频率都在49．99-50．01 Hz之间且稳定，故排除原因4。

图2 UPS在不同运行状态下的波形示意

3.2 排除原因1

比较UPS异常时的波形图，图2c)中的逆变器出口电压与旁路电压偏差为|(220．2-238．9)|/220．2×100 %=8．49 %＜10 %，图2d)中的逆变器出口电压与旁路电压偏差为|(220．7-243．1)| /220．7×100 %=10．15 %＞10 %。比较UPS正常时的波形图，图2a)和b)中逆变器出口电压和旁路电源电压幅值差均接近10 %。由此可知：引起UPS报警的直接原因不是旁路电压过高，或逆变器出口电压过低，或两者相差过大。故排除原因1。

3.3 相位差别引起报警

逆变器出口电压与静态旁路电源电压相位差不得于大于±10°。比较UPS正常时的波形图，逆变器出口电压和旁路电源电压波形相位差均小于10°。比较UPS异常时的波形图，图2c)中的相位差大于30°，图2d)中的相位差约45°。由此可见：UPS异常时的相位差显然过大，旁路电压与逆变器出口电压不同步。故可以确定报警原因为原因2。

根据对UPS电源原理图的分析，静态旁路开关主要包括1只可控硅开关和1个同步装置，以保证逆变器的输出电压和静态旁路开关电源电压在频率和相位的同步性。UPS静态旁路开关如图3所示，因图3中的触发控制卡件A16异常，造成相位偏差的可能性最大。

图3 UPS静态旁路开关

4 解决方案

综合UPS的运行性能分析，逆变器能够正常工作，且静态旁路报警频率并不高，只发现极少数几次报警时间较长，长达几分钟。重要的是，即便是在静态旁路报警的情况下，当逆变器故障时，静态旁路开关也可能会自动将负荷切换到静态旁路电源供电，只是可能会造成较大冲击。

经研究决定，继续维持UPS电源运行现状，并加强监视。利用2015年9月小修期间再对UPS进行专门检查，以最大限度地降低对生产的影响。

2015-09-04，检修人员在1号机小修期间，在运行人员的配合下，进行了如下操作：

(1) 先停运UPS电源逆变器；

(2) 将电源切换到静态旁路工作；

(3) 再合上手动旁路开关；

(4) 断开静态旁路回路开关。

经过上述4个步骤，即可将UPS电源系统电气隔离。维护人员对触发控制卡件A16板进行更换，即对UPS设备的相位检测追踪卡件进行更换。更换后，对UPS电压的逆变器出口电压和静态旁路电源电压相位和幅值进行多次测量，测量结果很好。更换后至今，都未发现UPS电源旁路开关闭锁。因A16板在仓库已经放置近7年，对于其日后运行状况仍需加强关注，做好巡视工作。