UPS安全可靠性分析

2020/2/24UPS安全可靠性分析设备部刘宏仁中电国华北京热电分公司摘要：本文介绍了我厂UPS不间断电源的配置及在运行中发生的不安全情况，并针对我厂发生的不安全情况提出了改进建议。关键词：UPS电源；可靠性；静态开关2020/2/24一.基本配置：我厂两台机组均采用力博特公司生产的7400－1型UPS不间断供电系统，每台机组用一套UPS供电系统，两套UPS独立运行。主要设备有：输入隔离变压器，整流器，逆变器，输出输出变压器，静态开关，自动调压器2020/2/24其中设备主要参数如下：额定输出功率：80KVA标称工作电压：380／220V输入电压允许范围：＋15％,－20％抗短路电流能力：大于20KA整流器输出特性：输出电压：220V（直流）（－17％，＋20％）182－264V直流电源的波纹分量：小于1％逆变器输出特性：220V，单相，正弦波输出2020/2/24稳压精度：稳态：小于220V±1％动态：小于220V±5％过载能力：110％额定负载，60分钟125％额定负载，10分钟150％额定负载，1分钟200％额定负载，3秒总的谐波失真度：小于2％（带线性负载）小于5％（带峰值比为3：1的非线性负载）运行温度：0－40℃。2020/2/24设计供电方案如下图所示：2020/2/24输入分为三路供电：第一路由厂用工作段380V供电，第二路由单元动力蓄电池组直流供电，第三路由保安段三相380V供电。其中第一路电源为工作电源，正常运行时由工作段三相380V供电，经进线开关、隔离变压器、整流器转换为直流电源，直流电源经逆变器、输出变压器、静态开关、输出开关向负载送出稳定交流电。2020/2/24当工作电源故障或停电时，由第二路电源动力直流蓄电池组供电，直流电源经逆变器、隔离变压器、静态开关、输出开关向负载送电。当工作电源回路故障停电同时动力直流蓄电池组回路故障时或逆变器故障，UPS自动无时限的切换到旁路由第三路电源供电，由保安段三相380V经过进线开关、自动调压器、隔离变压器、静态开关、输出开关向负载送电。2020/2/24有下列情况之一时，UPS会经静态开关自动将负载从逆变器通道切换自动调压器通道供电，如果故障消除后UPS经过延时自动转回到逆变通道供电，引起UPS从逆变器供电至自动调压器供电的故障有：⑴UPS输出过载或短路；⑵逆变器本身出现故障；⑶冷却用风扇出故障。2020/2/24二.事故简介：我厂一单元在2002年5月份曾因UPS装置故障造成事故停机，故障经过如下：一单元UPS装置于2002年5月24日17：50事故停机，故障现象为：静态开关、逆变器、整流器均关闭，直流进线空开跳闸。经过检查测试UPS输入、输出电压正确，切换正常，仪表指示正确，信号指示正确。5月27日下午协同力博特公司技术人员到现场再次进行检查，当时UPS已恢复正常，处于空载运行状态，2020/2/24（1）停机按钮采用常闭触点，若发生接触不良，可能造成事故停机；（2）UPS装置的逻辑控制板发生故障造成事故停机。针对这两种情况对UPS装置进行了如下处理：（1）在保证设备安全的前提下将紧急停机按钮进行屏蔽；（2）更换逻辑控制板。2020/2/24UPS控制面板UPS内部集成电路板2020/2/24三.技术分析：经过此次事故，我们对UPS的负载情况进行了分析,负载情况如下:l220V热工总电源柜；l热工DCS电源柜；l单元电气控制盘；l单元控制电子设备间＃1电源；l单元控制电子设备间＃2电源；l燃料增幅器；l消防控制盘；l热工控制柜POS1；l热工控制柜POS2；l给粉机1；给粉机2。2020/2/241.UPS的负载中大部分为热工POS1、POS2、消防控制盘、机组电气量变送器电源、DCS系统电源、服务器CRT电源、给粉机控制电源等，其中可以造成停机的负荷除热工电源外，给粉机控制电源一旦消失也将造成锅炉灭火，于是将给粉机控制电源从UPS负载中移出，改为热工24V电源；热工电源在负荷侧进行了回路改进，做到可以自动切换。2020/2/242.UPS在故障前没有任何征兆，故障前UPS负载侧没有倒闸操作，负载中没有较大的电感线圈、电动机负载，且负载没有突变，可以排除负载突变产生干扰电压使UPS误动的可能性。3.故障前UPS的电源侧，上一级电源断路器没有任何到闸操作，不存在电源波动使UPS误动的可能性。2020/2/244.运行人员、检修人员对UPS无任何操作，不存在误操作的可能性。5.经技术人员检查确定为UPS控制板故障，关断UPS输出静态开关同时关断旁路输出静态开关，使UPS全停。6.力博特公司生产的7400－1型UPS不间断供电系统是在7400型基础上专为电厂设计的UPS不间断供电系统，设计中存在一定的缺陷，更换逻辑控制板，屏蔽紧急停机按钮后运行一直正常。2020/2/247.目前我厂UPS系统的结构，输入为三路电源，第一路由厂用工作段380V供电，第二路由单元动力蓄电池组直流供电，第三路由保安段三相380V供电。其中任意一路发生故障，都可以自动切换至另外两路供电，安全系数较大。但无论那一路电源供电UPS必须经过静态开关输出，当静态开关故障，或控制静态开关的逻辑控制系统出现故障时会造成UPS全停。2020/2/248.为了避免一台UPS故障造成机组停机事故，可以采用两台UPS（即＃1机、＃2机UPS）并机运行，要实现并机运行需要在现有的UPS中加装一块并机板，使得＃1、＃2机组两台UPS输出的电压同频率、同幅值、同相位。这样可以将两台UPS输出并联起来同时向＃1机、＃2机的负载供电，当一台UPS故障时另一台UPS可担负两台机组的负载供电。其中最大的优点是可以做到无时限切换。据有关资料统计，UPS并机运行方式比单机运行方式的可靠性高4－5倍。2020/2/24但并机运行方式同样也有弊端：一旦UPS输出母线故障，将影响两台机的安全运行。2020/2/24四.结论：1.力博特公司生产的7400－1型UPS不间断供电系统是在7400型基础上专为电厂设计的UPS不间断供电系统，设计中存在一定的缺陷，由于UPS逻辑控制板故障，关断UPS输出静态开关同时关断旁路输出静态开关，使UPS全停。更换逻辑控制板、屏蔽紧急停机按钮后UPS运行一直正常。其中逻辑控制板质量较差，其稳定性还需继续考验。2020/2/242.设计院在UPS系统设计时没有考虑到UPS输出静态开关故障或UPS内部控制系统故障导致静态开关关闭，造成UPS全停的问题。3.设计UPS系统时没有考虑到UPS退出运行检修的供电方案。2020/2/24五.建议：1.我厂＃1机组、＃2机组每台机组用一套UPS供电系统，两套UPS独立运行。在其中一套UPS输出静态开关关断和旁路输出静态开关同时关断时就会造成UPS全停，使机组停机（UPS逻辑控制板故障就是其中一例）。从机组安全角度出发，建议增加一套自动、手动旁路系统（旁路系统另行设计）2020/2/24确保UPS故障时由旁路系统供电(切换时间由继电器和接触器动作时间决定)，另外可在紧急情况和UPS检修时由旁路系统供电，这种方案费用较低，较易实现，但不能做到无时限切换。2020/2/242020/2/242.增加两台40KVA的UPS装置并实现并机运行，给其中一台机组供电，将现有的两台UPS装置进行并机运行，给另一台机组供电，这样当任何一台机组的任一台UPS装置故障，另一台UPS装置均能实现无时限切换，提高供电的可靠性，但这种方案的费用较高，增加厂用电损耗，且须对现有的UPS供电系统进行较大改动。综上所述，究竟哪种方案更适合我厂实际情况尚需进一步研讨。2003.04.072020/2/24感谢各位专家！