某化工廠UPS旁路電壓波動原因分析及解決對策

孟慶超 沙強益

摘要：本文以2臺UPS旁路電壓顯示存在波動情況為研究對象，結合已有UPS故障處理經驗，從設備外觀檢查、電氣及機械檢查和現場試驗等方面對UPS旁路調壓變壓器柜輸出電壓波動問題進行分析，結果表明電網諧波是導致UPS旁路輸出電壓波動的主因，在此基礎上提出了具有可行性的改進措施。

關鍵詞：UPS;旁路;電壓波動;諧波

中圖分類號：TM732? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2019）08-0000-00

1 UPS簡介及故障現象

我廠二控配電室中的2臺UPS作為2019年大修期間整體更換的11臺新購置的UPS中的一部分，其型號為：Liebert Industry 60kVA （ 380V/380V） 型UPS，三進三出，容量60kVA，為單機供電方式，1、2#UPS共用1路旁路電源。

二控配電室2臺UPS 2019年大修期間整體更換，2019年8月11調試完畢。送電后，運行中發現2#UPS旁路輸入電壓顯示不穩定，電壓波動范圍較大，并出現旁路電壓超限報警，1#UPS旁路輸入電壓少許波動。因此，投用后2#UPS旁路顯示屏顯示電壓波動，波動范圍為214～236V之間，實際輸出電壓穩定在226V;1#UPS旁路電壓為221V，實際輸出電壓穩定在226V;1#、2#UPS負載由UPS主路逆變供電，如果電壓波動一直存在，將影響設備的長期穩定運行。

2 現場測試

（1）經過現場測試，發現旁路電源存在諧波，此諧波電壓波形為5K的三角諧波，波形圖如圖1所示。由于旁路諧波電壓波形呈現規律性的變化導致UPS旁路電壓顯示成規律性的變動。這表明UPS 旁路電壓采樣電路沒有問題。

（2）UPS 輸出電流波形如圖2藍色波形所示。波形上峰值電流為40A、現場帶載率為 19.5%，峰值比為2.256。負載電流峰值比較高，說明負載多為整流性負載，因此會產生比較多的諧波。

（3）旁路隔離變壓器一次側電壓及電流波形如下圖3所示。從波形圖中可以看出旁路隔離變壓器一次側電壓波形平滑，諧波分量較小。正常情況旁路隔離變壓器二次側諧波較大，旁路隔離變壓器一次側諧波分量也相應較大。因為旁路隔離變壓器高頻阻抗較大，導致此諧波無法向電網上反饋，從而滯留在旁路上。

3 原因分析

（1）直接原因。UPS 旁路電源存在 UPS 無法濾除的低頻諧波。

（2）諧波產生原因。UPS 后端整流性負載;UPS 本機整流、逆變模塊（UPS 整流逆變模塊在 UPS 主路，與 UPS旁路分離）。

（3）間接原因。UPS 旁路隔離變壓器高頻阻抗較高，諧波無法通過旁路隔離變壓器流入電網;現場配置旁路隔離變壓器容量為 80KVA，兩臺 60KVA 公用一個旁路隔離變壓器，基于以上分析建議配置為100KVA～120KVA，因為旁路隔離變壓器容量越大高頻阻抗越小，高頻諧波通過能力越強。

4 系統運行影響分析

（1）主路輸出電壓波形與旁路輸入電壓波形圖如圖4所示。實線波形為UPS主路輸出波形，平滑穩定。與主路波形幾乎重合的帶有三角諧波的為旁路波形。可見UPS主路輸出較理想的追蹤旁路。

（2）現場后臺設定旁路保護范圍-30%至+15%為154～253V。現場實際旁路電壓有效值為 230V，測量的變動范圍 217～243V，在 UPS 保護的范圍之內。

5解決辦法

（1）增加諧波治理裝置。針對UPS廠家提出的這一解決辦法，本公司認為，以前該處UPS不需要使用諧波治理裝置，新增UPS不需要新裝諧波治理裝置。新增諧波治理裝置會增加供電回路風險點，影響供電穩定性。故我公司要求更換UPS，更換的UPS型號與一控保持一致，型號為hipulse u 80KVA，同時需滿足大修時簽訂的技術協議要求。

（2）拆除旁路隔離變壓器，但因現場無法停電、此方案很難執行。

（3）更換更大容量旁路隔離變壓器，但因現場無法停電、此方案同樣很難執行。

通過以上分析可知，隔離變壓器容量應由設計院確定，設置的作用是防止諧波傳入供電系統，現場配置的隔離變壓器能夠阻止二次諧波進入一次側，因此滿足配置要求。

收稿日期：2020-07-10

作者簡介：孟慶超（1968—），男，陜西興平人，本科，高級工程師，從事化工廠電氣設備維護及管理工作。