變電站UPS電源故障分析

摘 要：阿克蘇電網中仍有部分配網35kV末端變電站使用UPS電源，作為變電站事故電源。當交流電源停電或電壓不穩定情況下，做為變電站保護、自動化裝置持續提供穩定的交流工作電源，現結合一起35kV變電站UPS電源故障案例分析，談論變電站UPS電源管理方法，從而提高UPS電源運行維護管理水平。

關鍵詞： 變電站；UPS；故障

中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A

1事故經過

1.1事故前電網運行方式

某35kV變電站35kV母線、10kV母線均為單母線接線方式；35kV電源進線3511黑一線、35kV出線3512黑二線、1號主變、10kV線路及電容器均在運行狀態，35kV所用變T接于35kV進線3511黑一線處，變電站所有二次設備工作電源使用UPS電源提供。

1.2保護動作情況

2012年8月2日23：35分30秒35kV出線3512黑二線C相接地；2012年8月2日23：40分34秒698毫秒35kV出線3512黑二線B、C相相間過流三段保護動作；2012年8月2日23：40分34秒801毫秒35kV出線3512黑二線斷路器分閘失敗；2012年8月2日23：40分34秒905毫秒35kV進線3511黑一線B、C相，三段過流保護動作”（上級變電站保護動作）。

2事故原因分析

該35kV變電站35kV出線3512黑二線線路C發生接地故障，UPS交流輸入電源正好接于站用變C相，所用變C相電壓降低，UPS輸入電源不發生波動，UPS電源立即進入逆變狀態；由于UPS電源缺少維護，運行不到5分鐘UPS電源輸出交流電壓出現異常，此時35kV出線3512黑二線線路已由單相接地發展成為兩相相間短路故障，35kV出線3512黑二線保護動作；由于UPS電源輸出電壓不穩定，35kV出線3512黑二線斷路器跳閘線圈未動作（UPS輸出電壓未達到線圈最低動作電壓值），所以3512黑二線保護裝置報分閘失敗。斷路器未跳閘，未能訊速切斷故障電流，使保護越級至上級變電站，迫使35kV電源進線3511黑一線保護動作。導至該35kV變電站全站失壓，直接損失負荷3500kW.h。

經檢查UPS電源AC-DC回路中整流元件損壞，未能給UPS電源蓄電池組充電，故障前蓄電池組已嚴重饋電，當UPS視電輸入存在異常后，蓄電池組所存儲電能無法滿足當前用電負荷要求。使UPS輸出電壓降低，從而導至本次事故的發生。

由此可見UPS電源維護不當造成UPS電源運行異常是本次事故擴大的直接原因。對于二次設備電源都為交流電源的變電站，UPS電源的好壞直接引響著電網設備安全穩定運行。因此在變電站的維護中應加強UPS電源的日常維護，認真做好變電站UPS電管運行管理工作。

3 UPS管理

3.1 UPS電源的定義

UPS是不間斷電源（Uninterruptible-

PowerSystem）的英文名稱的縮寫。實際上，UPS是一種含有儲能裝置，并以逆變器為主要組成部分的恒壓恒額的不間斷電源。UPS在其發展初期，僅被視為一種備用電源。后來，由于電壓浪涌、電壓尖峰、電壓瞬變、電壓跌落、持續過壓或者欠壓甚至電壓中斷等電網質量問題，使負載受運行干擾。因此，UPS日益受到重視，并逐漸發展成一種具備穩壓、穩頻、濾波、抗電磁和射頻干擾、防電壓浪涌等功能的電力保護系統。

3.2 UPS電源的結構及原理

UPS電源系統由4部分形成：整流、儲能、變換和開關控制。其系統的穩壓功能通常是由整流器實現的，整流器件采用可控硅或高頻開關整流器，本身具有可根據外電的變化控制輸出幅度的功能，從而當外電發生變化時（該變化應滿足系統請求），輸出幅度基本不變的整流電壓。凈化功能由儲能電池來實現，由于整流器對瞬時脈沖打攪不能鏟除，整流后的電壓仍存留打攪脈沖。儲能電池除可存儲直流直能的功能外，對整流器來說就象接了一只大容量電容器，其等效電容量的大小，與儲能電池容量大小成正比。由于電容兩端的電壓是不能突變的，即利用了電容器對脈沖的平滑特性鏟除非脈沖打攪，起到了凈化功能，也稱對打攪的屏障。頻率的固定則由變換器來實現，頻率固定度取決于變換器的振蕩頻率的固定程度。另外UPS輸出功率還與所帶負載性質有關。蓄電池主要起儲能作用，容量的大小主要表現于市電失電后，所能帶負載時間的長短。

UPS電源簡要工作原理：在市電工作正常時，如下圖1簡要UPS原理圖所示，交流電源經整流器和逆變器給負載供電，而且同時對蓄電池進行充電。在市電突然停電時，UPS電源由儲能蓄電池經逆變器給負載提供持續穩定電源。當UPS自動切換至旁路工作時，需檢查UPS主機是否存在異常以及檢查負載運行情況（如過載）。

UPS電源內部有L及N的區別，其中N做為一條固定通路存在，而L則進行整流升壓逆變，所以L同電網的L有可能有電位差，尤其是輸入電壓波動較大時。接地線同零線是兩個不同的線，一般情況兩者電壓幾乎相等，但是在雷雨、嚴重過載等情況下零線的對地電壓是沒辦法保證的。所以不可以要求零線與地線之間的電壓。也不可以用零線做地線使用。

3.3 UPS電源的日常維護

3.3.1蓄電池維護

雖說儲能電池組目前都采用了免維護電池，外部不正常工作狀態對電池造成的影響并沒有較大變的變化，因此蓄電池組的維護檢修工作還是相關重要。

在變電站的日常巡視中應檢查蓄電池外觀有無異常，定期用萬用表測量每節蓄電池電壓和蓄電池組端電壓，并做好記錄。每節電壓應為12V左右，電壓不得低于10.8V，當低于10.8V時應對蓄電池進行充放電活化處理。活化后電壓仍不能恢復的應立即更換蓄電池。并根據《國家電網公司十八項反措要求》每年定期對蓄電池做一次充放電試驗，檢查蓄電池容量能否滿足要求。

3.3.2 UPS電源機頭維護

為了提高UPS電源的工作效率和工作穩定性，需定期對UPS電源的開關切換操作，切斷UPS市電，使UPS電池處于放電狀態，監視UPS電源運行狀況。查看UPS液晶面板上檢查UPS有無告警信息，運行是否正常。定期檢查UPS風扇有無異物堵塞，主機運行時有無異常響聲等。UPS電源巡視時用萬用表測量UPS輸出電壓是否正常，當輸出電壓不正常時，檢查UPS濾波電容是否完好。并查明原因，迅速處理。另外在日常維護中還應即時清掃UPS主機和蓄電池，檢查各連接線連接牢靠，無松動情況。

3.3.3 UPS電源信號監視

現如今變電站都為無人值班變電站，因此UPS電源信號監視也尤為重要，在UPS輸入、輸出端加裝電壓監測裝置，通過自動化裝置上傳至調度，隨時監視UPS電源輸入、輸出電壓是否正常。當出現異常時，立即到變電站查看UPS運行情況。

3.4 UPS電源在運行中的日常注意事項

3.4.1 UPS電源開關機順序，開機順序：先給上UPS市電空開，UPS電源市電帶電，將UPS主機打開，待主機運行正常后，再逐項給上UPS所帶負載。UPS關機順與開機順序相反。

3.4.2 避免UPS負載過大，UPS電源所接負載過大一般會使UPS長期工作在過負荷運行狀態，因此會縮短UPS的使用壽命。在日常工作中，對UPS所接負載功率記錄在檢修記錄本內，對于新接入UPS電源負荷時計算功率能否滿足要求。UPS電源負載一般一般控制在UPS電源功率60%—80%可靠性最佳。

3.4.3 變電站交流電源如長時間停電，若UPS負載可不使用，盡量要將UPS負載全部切除，UPS電源關閉，避免蓄電池電量放盡，使蓄電池使用壽命縮短。

3.4.4在無人值守變電站中，市電消失后UPS電源帶負載時間不應太長，一般為3-5小時，即時將UPS市電電源恢復，避免將蓄電池電量放盡。

3.4.5 UPS電源蓄電池一般都為免維護密封鉛酸蓄電池，受環境溫度影響非常大，應將其放置在環境良好的地方，溫度保持在15℃-30℃之間，蓄電池壽命一般都在5年左右，另外工作中主要防止蓄電池短路。

3.4.6 UPS負載空開跳閘后，應查明負載跳閘原因，排除故障后再將其空開給上，避免故障電流再次沖擊UPS電源，對設設造成沖擊。

參考文獻

[1]于強.交流不間斷電源UPS的研究[J].黑龍江科技信息，2011（20）.

[2]李曉光，盧建鋼，李強.UPS電源原理及應用[J].電源世界，2006（01）.