解決UPS電源安全隱患的方法探討

郭晟

摘要：在發(fā)電廠中自動(dòng)化設(shè)備的電源丟失會(huì)非常危險(xiǎn)，將使設(shè)備失去控制，導(dǎo)致設(shè)備造成巨大的損失。文章討論通過設(shè)計(jì)和改造，解決UPS電源的安全隱患，保證UPS電源的安全穩(wěn)定運(yùn)行，可以保證發(fā)電廠主機(jī)主設(shè)備的安全，避免損壞設(shè)備。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；UPS電源；安全運(yùn)行；安全隱患；主機(jī)設(shè)備；控制系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP751 文章編號(hào)：1009-2374（2016）29-0118-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.053

1 概述

隨著自動(dòng)化在發(fā)電廠控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化設(shè)備對(duì)優(yōu)質(zhì)電源的需求也越來越迫切。在發(fā)電廠中自動(dòng)化設(shè)備的電源丟失會(huì)非常危險(xiǎn)，將使設(shè)備失去控制，導(dǎo)致設(shè)備造成巨大的損失。同時(shí)發(fā)電廠保安段為發(fā)電廠主設(shè)備的油站提供UPS電源，當(dāng)保安段失電，主設(shè)備的油站停運(yùn)，從而主設(shè)備失去油的潤滑而干磨，將直接導(dǎo)致主設(shè)備的損壞。

2 UPS電源配置情況

UPS電源即不間斷電源，由蓄電池、逆變電源、靜態(tài)開關(guān)、整流模塊等部分組成，同時(shí)還有一路可直接向負(fù)載供電的旁路裝置；其輸入電源由三部分組成：主路電源、旁路電源、蓄電池電源，其中主路電源和旁路電源為交流電源，蓄電池電源為直流電源；正常運(yùn)行時(shí)由主路電源經(jīng)整流后再逆變成無干擾工頻交流電供電，當(dāng)主路電源異常由蓄電池電源通過逆變器等模塊電路將直流電源轉(zhuǎn)換成無干擾工頻交流電供電，當(dāng)主路電源和旁路電源都異常的情況下，由旁路電源直接供電。

以湖南某電廠1號(hào)機(jī)組UPS電源為例，其UPS電源配置情況如下：UPS電源裝置有兩套，UPS主機(jī)柜的主路電源取自1號(hào)機(jī)鍋爐保安1AMCC，UPS主機(jī)柜的蓄電池電源取自1號(hào)機(jī)直流220VI組蓄電池；UPS從機(jī)柜的主路電源取自1號(hào)機(jī)鍋爐保安1BMCC，UPS從機(jī)柜的蓄電池電源取自1號(hào)機(jī)直流220VI組蓄電池；UPS主從機(jī)的旁路電源為同一個(gè)電源，取自鍋爐工作IB段。

3 UPS電源負(fù)載情況

以湖南某電廠機(jī)組UPS電源為例，UPS所帶負(fù)載有NCS電源、汽機(jī)ETS電源、SIS電源、6kV工作電源進(jìn)線微機(jī)消諧裝置、FECS機(jī)組部分就地電源、FECS網(wǎng)關(guān)電源、FECS機(jī)組通訊電源、FECS公用通訊電源、FECS公用部分就地電源、熱工UPS電源、熱工DCS電源、機(jī)組變送器電源、發(fā)電機(jī)局部放電檢測儀電源、引風(fēng)機(jī)變頻器UPS控制電源、熱工備用電源、遠(yuǎn)動(dòng)RTU采集單元電源、機(jī)組故障錄波裝置電源、穩(wěn)控采集裝置電源、工程師站DCS控制電腦電源、工程師站FECS控制電腦電源、值長臺(tái)控制電腦電源、集控室數(shù)字程控調(diào)度電話交換機(jī)調(diào)度臺(tái)電源等。

如果UPS失電后負(fù)載將停止工作對(duì)發(fā)電廠的影響分析：

第一，NCS系統(tǒng)電源是為發(fā)電廠升壓站監(jiān)控系統(tǒng)（即NCS系統(tǒng)）提供UPS電源，NCS系統(tǒng)的作用是將升壓站電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送至集控室，同時(shí)運(yùn)行人員可以在集控室遠(yuǎn)程操作升壓站電氣設(shè)備。當(dāng)失去電源，集控室運(yùn)行人員將失去對(duì)升壓站設(shè)備的監(jiān)控，在事故情況下無法對(duì)升壓站進(jìn)行操作，可能導(dǎo)致事故擴(kuò)大化。

第二，F(xiàn)ECS系統(tǒng)電源是為發(fā)電廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)提供UPS電源，發(fā)電廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)為廠用電系統(tǒng)提供測量和信息管理，將整個(gè)機(jī)組的電氣廠用電數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)將電氣廠用電數(shù)據(jù)送至DCS系統(tǒng)，方便運(yùn)行人員可以在集控室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視。當(dāng)電源失去時(shí)，集控室運(yùn)行人員將失去對(duì)廠用電電氣設(shè)備的監(jiān)視，在事故情況下將不能對(duì)廠用電電氣設(shè)備進(jìn)行正確操作而導(dǎo)致事故擴(kuò)大化。

第三，熱工UPS電源是為熱控現(xiàn)場重要閥門提供控制電源，這些重要閥門為各主設(shè)備提供必須潤滑油、冷卻水、氣等，當(dāng)失去電源，現(xiàn)場各閥門不能及時(shí)開關(guān)，將可能對(duì)各自的主設(shè)備造成損傷。

第四，集控室數(shù)字程控調(diào)度電話交換機(jī)調(diào)度臺(tái)電源是為調(diào)度臺(tái)電話提供UPS電源，調(diào)度臺(tái)電話為發(fā)電廠與調(diào)度進(jìn)行語音聯(lián)系，當(dāng)電源失去后，發(fā)電廠不能直接跟調(diào)度臺(tái)進(jìn)行聯(lián)系。

第五，遠(yuǎn)動(dòng)RTU采集單元電源為遠(yuǎn)動(dòng)RTU采集單元提供UPS電源，遠(yuǎn)動(dòng)RTU采集單元是將機(jī)組信息采集后上送給調(diào)度，調(diào)度可以通過這些數(shù)據(jù)對(duì)各個(gè)電廠的有功進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控。當(dāng)電源失去后，調(diào)度將不能遠(yuǎn)程調(diào)控發(fā)電廠，同時(shí)因不能遠(yuǎn)程調(diào)控，發(fā)電廠還將被調(diào)度考核一定的發(fā)電量。

第六，熱控DCS電源是為熱控DCS提供電源，熱控DCS是發(fā)電廠控制的核心部分，在發(fā)電廠除升壓站的設(shè)備在熱控DCS控制外，其他所有設(shè)備的控制均在熱控DCS實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行人員可以遠(yuǎn)程對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行操作；同時(shí)熱控DCS還有很多的自動(dòng)控制邏輯和對(duì)設(shè)備運(yùn)行能力設(shè)置的保護(hù)，當(dāng)設(shè)備異常時(shí)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制或調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行工況，必要時(shí)為保障設(shè)備不受損壞可以停運(yùn)設(shè)備。因此當(dāng)熱控DCS失去電源時(shí)，設(shè)備也就失去了控制，對(duì)設(shè)備設(shè)置的各種調(diào)節(jié)、保護(hù)都將不能動(dòng)作，對(duì)設(shè)備造成損壞將是不可避免的。

通過對(duì)UPS電源負(fù)載情況分析，UPS電源一旦失電，發(fā)電廠設(shè)備的損壞將是一個(gè)必然的結(jié)果。

4 UPS電源失電案例分析

2011年湖南省某發(fā)電公司#4機(jī)組發(fā)生非停，非停過程中UPS失電，導(dǎo)致主設(shè)備損壞。UPS失電原因分析，機(jī)組非停時(shí)，6kV廠用電切換失敗，導(dǎo)致UPS的交流輸入電源失電，UPS電源切換至直流供電，但是因提供給UPS電源供電的直流系統(tǒng)還帶了一些直流油泵，當(dāng)機(jī)組非停時(shí)，直流油泵啟動(dòng)，直流油泵啟動(dòng)電流大且直流蓄電池以及老化，所以當(dāng)直流油泵啟動(dòng)時(shí)導(dǎo)致蓄電池虧損，UPS電源的直流輸入電源也失電，從而UPS電源失電，最終導(dǎo)致部分主設(shè)備損壞。

從這次非停來分析上面湖南某電廠1號(hào)機(jī)組UPS電源配置，也存在跟這次非停一樣的隱患，具體分析如下：

4.1 1號(hào)機(jī)組UPS交流電源分析

UPS主機(jī)柜的主路電源取自1號(hào)機(jī)鍋爐保安1AMCC；UPS從機(jī)柜的主路電源取自1號(hào)機(jī)鍋爐保安1BMCC；UPS主從機(jī)的旁路電源為同一個(gè)電源，取自鍋爐工作IB段。當(dāng)1號(hào)機(jī)組發(fā)生故障，機(jī)組非停，此時(shí)6kV廠用電快切裝置應(yīng)動(dòng)作將1號(hào)機(jī)組6kV廠用電切換至備用電源供電，如果1號(hào)機(jī)組6kV廠用電快切裝置故障或其他原因?qū)е?號(hào)機(jī)組6kV廠用電快切失敗，1號(hào)機(jī)組6kV廠用電母線失電，那么由1號(hào)機(jī)組6kV廠用電供電的1號(hào)機(jī)鍋爐保安1AMCC和1號(hào)機(jī)鍋爐保安1BMCC均會(huì)失電，即1號(hào)機(jī)組UPS交流電源全部失電。

4.2 1號(hào)機(jī)組UPS直流電源分析

UPS主機(jī)柜的蓄電池電源取自1號(hào)機(jī)直流220VI組蓄電池，UPS從機(jī)柜的蓄電池電源也取自1號(hào)機(jī)直流220VI組蓄電池。同時(shí)1號(hào)機(jī)直流220VI組蓄電池除提供UPS主從機(jī)直流電源還帶有下列負(fù)載：1號(hào)機(jī)氫側(cè)直流密封油泵、1號(hào)機(jī)A小機(jī)直流事故油泵、1號(hào)機(jī)主機(jī)直流事故油泵、1號(hào)機(jī)空側(cè)直流密封油泵、1號(hào)機(jī)B小機(jī)直流事故油泵以及重要生產(chǎn)區(qū)域的事故照明。當(dāng)1號(hào)機(jī)組發(fā)生第一條的情況時(shí)，機(jī)組的交流潤滑油泵因失電無法啟動(dòng)，此時(shí)需要啟動(dòng)直流事故油泵，上述5臺(tái)直流油泵同時(shí)啟動(dòng)，啟動(dòng)電流將非常大。此電廠1號(hào)機(jī)直流220VI組蓄電池雖然是雙倍冗余配置，但如果由于維護(hù)不當(dāng)，蓄電池老化，那在5臺(tái)直流油泵同時(shí)啟動(dòng)的時(shí)候蓄電池將可能出現(xiàn)帶不起的情況，蓄電池出現(xiàn)虧損，從而導(dǎo)致1號(hào)機(jī)直流220VI組蓄電池失電，即1號(hào)機(jī)組UPS直流電源全部失電。此時(shí)集控室1號(hào)機(jī)組的控制處于全部癱瘓狀態(tài)，運(yùn)行人員應(yīng)急處理時(shí)，只能將人員依次安排至就地進(jìn)行恢復(fù)，大大地提高了恢復(fù)難度，同時(shí)也延長了主設(shè)備安全的恢復(fù)時(shí)間。

如出現(xiàn)上述情況，1號(hào)機(jī)組UPS電源將失電，從而導(dǎo)致部分主設(shè)備損壞。為避免UPS電源失電導(dǎo)致設(shè)備損壞，實(shí)現(xiàn)真正意義上的不停電系統(tǒng)，UPS電源的這一隱患必須進(jìn)行處理。

5 UPS電源失電解決方法

一般新建發(fā)電廠至少會(huì)是兩臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)，即一個(gè)發(fā)電廠至少有兩臺(tái)機(jī)組，還是以上述發(fā)電廠為例，其一期工程為兩臺(tái)600MW機(jī)組，因此在解決此種UPS電源失電時(shí)可以采用大交叉的方法。

具體如下，將1號(hào)機(jī)組UPS主從機(jī)柜的旁路電源來源與2號(hào)機(jī)組UPS主從機(jī)柜的旁路電源來源進(jìn)行互換。

互換后1號(hào)機(jī)組UPS電源配置情況如下：UPS主機(jī)柜的主路電源取自1號(hào)機(jī)鍋爐保安1AMCC，UPS主機(jī)柜的蓄電池電源取自1號(hào)機(jī)直流220VI組蓄電池；UPS從機(jī)柜的主路電源取自1號(hào)機(jī)鍋爐保安1BMCC，UPS從機(jī)柜的蓄電池電源取自1號(hào)機(jī)直流220VI組蓄電池；UPS主從機(jī)的旁路電源為同一個(gè)電源，取自鍋爐工作IIB段。

互換后2號(hào)機(jī)組UPS電源配置情況如下：UPS主機(jī)柜的主路電源取自2號(hào)機(jī)鍋爐保安2AMCC，UPS主機(jī)柜的蓄電池電源取自2號(hào)機(jī)直流220VI組蓄電池；UPS從機(jī)柜的主路電源取自2號(hào)機(jī)鍋爐保安2BMCC，UPS從機(jī)柜的蓄電池電源取自2號(hào)機(jī)直流220VI組蓄電池；UPS主從機(jī)的旁路電源為同一個(gè)電源，取自鍋爐工作IB段。

互換后，不論1號(hào)機(jī)還是2號(hào)機(jī)非停時(shí)出現(xiàn)廠用電失電且蓄電池失電時(shí)，UPS電源還可以由另外一臺(tái)機(jī)組來的旁路電源供電，從而確保UPS負(fù)載的可靠運(yùn)行。當(dāng)控制系統(tǒng)一切正常的情況下，集控室的運(yùn)行人員可以跟著相關(guān)規(guī)程快速對(duì)機(jī)組進(jìn)行復(fù)電操作，快速地確保主設(shè)備的安排，將損失控制在最小范圍。

當(dāng)同一臺(tái)機(jī)組的UPS電源來源于同一臺(tái)機(jī)組的發(fā)電廠時(shí)，將來源進(jìn)行相關(guān)改造是迫在眉睫的事情。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家能源局.防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求及編制釋義[M].北京：中國電力出版社，2014.

（責(zé)任編輯：小 燕）