某核電站UPS故障停機原因分析及改進措施

董磊　星國龍　張春陽

【摘? 要】某核電站1號機組運行期間發生UPS（不間斷電源系統）故障停機，導致核電站部分重要系統失去冗余電源，本文通過對現場故障記錄查詢及設備制造廠試驗，分析得到UPS故障停機的直接原因是中央控制卡件A070內部芯片RAM1、RAM2損壞，導致A070卡件功能異常，導致UPS系統全面癱瘓，故障停機。為避免該類故障再次發生，本文提供了改善設備運行環境、更換制造品質更高的控制芯片等改進方案。

【關鍵詞】不間斷電源;故障停機;中央控制卡件

2014年6月16日上午，核電站核島不間斷供電系統（LNG）因不明故障停運，母線失電，電氣調試部分重新啟動后系統無異常報警后恢復下游送電，未查出原因。6月17日再次出現同類故障，電站專家組討論后對LNG系統進行全面檢查，本文就該故障進行了分析。

1.UPS系統基礎介紹

LNG系統所使用的不間斷電源系統（UPS）設備由瑞士GUTOR廠家提供，該系統有兩路完全獨立的上游供電，且能實現兩路供電的無擾切換。該系統主要由逆變器001DL、旁路變壓器001TR、靜態切換開關EA/EN以及無擾切換開關501JS共同構成。系統的基本結構如圖一所示。

逆變器001DL將上游110V直流電通過IGBT模塊逆變為220V交流電，旁路變壓器001TR將上游380V交流電降壓為220V交流電。逆變器和變壓器側各有一個靜態切換開關EA和EN，兩個靜態開關互為閉鎖，同一時刻僅有一個能夠導通。501JS系統狀態轉換開關有三個位置：AUTO、TEST、BYPASS，正常運行時處于AUTO位置，系統由逆變器帶載，同時旁路變壓器熱備用，通過EA/EN無擾切換供電方式;TEST和BYPASS位置時系統直接通過電纜硬接線由旁路變壓器帶載（如圖一通道3所示）。

2.LNG系統故障停機原因分析

經查詢6 月17 日23：07 至23：11 之間的系統故障信息發現，當前報警（44、54、57、34、53、12）與正常狀態下直接關閉UPS報警的報警相同，系統從23：07 開始頻繁的報警和復位，最后一次報警后未復位成功，直接關機，系統顯示相關的報警。另外，從系統歷史運行狀態“60：MPU is reset”出現可初步判斷MPU 芯片重啟導致其他相關報警出現，進而可以初步確定故障由于A070 卡件自身故障或A070 輸入輸出信號異常引起。

2.1 UPS系統A070卡件自身故障

直接導致A070 卡件MPU 芯片重啟的主要原因有MPU 芯片自身故障或供給MPU 的電源瞬時降低超過閾值，直接導致卡件芯片停止工作，A070卡件的自身的故障一般為強制性，無法進行自行復位，但現場UPS出現多次自動復位，可以排除卡件自身故障情況。

2.2 UPS系統輸入到A070的信號異常導致MPU芯片重啟失效

A070卡件作為UPS系統主控制卡，主要負責對獲取的信息進行處理，并通過運算得到輸出數據，然后再通過其他端口發送至各個控制模塊，從而實現UPS的穩定運行，如果一旦獲取的信號異常就可能導致MPU芯片運算異常，最終導致系統無法正常運行，A070主控卡的信號接口眾多，連接復雜。但輸入及信號異常都會觸發UPS系統出現通信錯誤報警，但現場查詢報警記錄未發現有通信故障報警，可以排除該類情況。

2.3 UPS系統A070卡件附屬芯片故障

UPS系統A070卡件是一塊多層電鍍的集成電路板，卡件上擁有眾多電子元器件，其中最為重要的是MPU芯片及其附屬芯片RAM1、RAM2，其中RAM1/2兩塊芯片主要用于暫存MPU處理得到的數據，用于后續對整個系統的控制，如果附屬芯片RAM1/2出現故障，將會導致系統數據異常，最終引發程序紊亂，系統停機。申請制造廠家支持，將A070卡件寄回瑞士總部進行故障定位，廠家對A070卡件的數據端口進行分析，發現A070卡件在運行一段時間后會出現數據缺失，系統重新自檢的情況，進一步對MPU的數據端口進行采集，發現MPU與RAM1/2之間的數據傳輸出現亂碼，使用全新的RAM1/2芯片進行更換以后，發現故障消失，數據通訊正常，最終確定本次故障的原因就是RAM1/2芯片損壞，導致UPS系統紊亂，引發系統停機。

3.結論及改進措施

通過對現場故障記錄查詢及設備制造廠試驗，最終確定LNG系統UPS整盤失電的直接原因是系統主控制卡A070上的數據存儲芯片RAM1/2損壞，導致整個系統內部數據紊亂，引發系統停機。

此類卡件故障為該電站首例，十分具有檢修參考價值。為避免該類故障再次發生，對此提出四項改進措施：1、聯系瑞士廠家，采購工藝等級更高的存儲芯片，提高系統穩定性;2、設備說明書上建議控制卡件的運行環境溫度不得超過40℃，現場環境并不符合要求，建議在卡件運行的廠房加裝定向式空調，用于降低環境溫度，提高卡件壽命;3、升版UPS系統主控制程序，增加數據檢測功能，在數據傳輸出現異常現象時自動報警，并定位傳輸端口，便于及時發現芯片故障;4、增加存儲芯片冗余設計，建議設置RAM3芯片并長期處于熱備用狀態，當RAM1/2芯片出現異常故障時及時切換傳輸通道，保證系統不會出現故障停機的情況。同時，可制定UPS老化處理方案，在設備運行一定期限后對其進行更換，徹底解決此類故障。

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（作者單位：中廣核核電運營有限公司）