秦山核電二廠3/4 號機組常規島UPS 運行分析

周增強

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

1 秦山二廠3/4 號機組常規島U P S 裝置簡介

1.1 3/4 號機組常規島UPS 裝置的配置

UPS （Uninterruptible Power System） 即不間斷電源，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。 它的作用是向重要負荷如計算機，計算機網絡系統等供應不間斷電源。 秦山二廠3/4 號機組常規島UPS 裝置是瑞士GUTOR （固特瑞）公司的產品，位于常規島6 kV 配電間內，其配置為：每臺機組配置兩套UPS 電源（LNQ/LNR），每套各有一個主機柜、一個旁路柜和一個出線柜，整流器、逆變器、旁路變壓器及靜態開關等是其核心裝置。 每一個UPS 裝置的主機柜上都有一個顯示面板，上邊有液晶顯示屏、操作軟按鈕、運行示意圖和報警指示燈，在這個面板上可以實現UPS 的啟動、停運、切換、報警信息查看、運行信息查看等功能。 UPS 主機額定容量為80 kVA，旁路變壓器容量為100 kVA，額定輸出電壓為交流220 V，額定輸出頻率為50 Hz。

1.2 3/4 號機組常規島UPS 電源相較1/2 號機組的改進

1/2 號機組常規島UPS 只有LNQ 一路電源向下游負荷供電，若LNQ 供電母線出現故障，一般會立即導致汽輪發電機組停運，而3/4 號機組常規島UPS 電源分為LNQ 和LNR，兩路電源共同向下游負荷供電，實現了重要負荷雙路供電， 分散了負荷失電的風險。另外經過改進后的3/4 號機組常規島UPS 裝置的控制電源由裝置內部電源供給， 其控制電源分為兩路：內部電源一， 由充電器輸入電源和旁路輸入電源提供；內部電源二：由LAB 直流母線提供電源。兩路中的一路就可以滿足系統對控制電源的要求。

1.3 3/4 號機組常規島UPS 裝置輸入電源的構成及核心設備的作用

1.3.1 UPS 裝置輸入電源的構成

為了使UPS 裝置向重要負荷提供可靠的、穩壓和濾波的不間斷電源，裝置設置了三路電源向其供電。 第一路電源為廠用380 V 交流電源，為正常運行時的供電電源；第二路為220 V 直流母線電源，取自直流220 V LAB母線；第三路為廠用380 V 交流電源，取自LKQ（LNQ）、LKT（LNR）交流母線，這路電源經過旁路變壓器降壓為220 V 交流電源后通過靜態開關向負荷供電。 每套UPS裝置都設置了一臺逆變器、一臺整流器、一臺旁路變壓器、兩個靜態開關和一個手動旁路切換開關，三路輸入電源就是通過這些設備間的作用和切換實現向UPS 裝置供電的。 工作示意圖如圖1 所示。

圖1 UPS 裝置工作示意圖

1.3.2 核心設備的作用

充電器：用于將正常電源廠用380 V 交流電源整流為220 V 直流電源，以向逆變器提供一個恒壓直流電源；需要提及的是一般的充電器運行都可以下蓄電池充電，如均充或浮充電方式等，但此處的充電器不能向蓄電池充電， 因為直流線路上有一個二極管存在，只允許蓄電池向UPS 供電，而不允許充電器向蓄電池供電。

逆變器：逆變器的輸入由充電器直流輸出和帶二極管的LAB 直流母線輸出并聯供電，用于將直流逆變為更為穩定的交流電源，輸出額定容量為80 kV·A。

旁路變壓器：它由隔離變壓器和調壓變壓器串聯組成，額定容量為100 kV·A，用于將旁路電源降壓后供給下游負荷。

靜態開關：用于將逆變器的逆變電源和旁路變壓器來的電源間快速切換。

三位置手動旁路開關Q050：具有3 個位置，分別是Auto（自動）位置、Test（試驗）位置和Bypass（旁路）位置。 當開關處于Auto 位置時，負荷由靜態開關出口供電，靜態開關可以是逆變器供電也可以是旁路變壓器供電；當開關處于Test 位置時，負荷直接由旁路電源供電，但靜態開關同時接有逆變器和旁路變壓器電源， 此時可對靜態開關進行試驗而不影響負荷的運行；當開關處于Bypass 位置時，負荷直接由旁路電源供電，但旁路變壓器向靜態開關的供電隔離，此時可以停運逆變器，實現停運檢修。

2 U P S 裝置運行原理及運行方式

2.1 正常運行方式

UPS 裝置正常運行時為：主路380 V 交流電源輸入后經過充電器整流為220 V 直流，再經過逆變器變為直流通過靜態開關EA 送至出線柜提供給下游負荷。 此時，逆變器跟蹤旁路電源的頻率并與旁路電源同步，當旁路電源超出正常范圍時，逆變器放棄跟蹤，轉為自動調整輸出頻率。

2.2 直流運行方式

當主路380 V 交流電源輸入電壓下降或充電器故障時，系統自動切換至第二路電源LAB 220 V 直流系統供給， 此種切換不會對下游負荷的運行造成干擾。 此時供電方式如下：直流輸入電源不需要經過充電器， 直接由逆變器變為交流電源通過靜態開關EA經出線柜提供給下游負荷。

2.3 旁路變壓器運行方式

當第二路電源即直流電源再失去時， 逆變器輸出電壓消失， 靜態高速開關EA 自動的切換到EN 供電（即EA 斷開，EN 導通）， 此時就由旁路電源通過旁路變壓器降壓后經過EN 向下游負荷供電，從逆變器輸出電流消失到切換至旁路電源，總切換時間小于5 ms，不會對下游負荷造成影響。

2.4 手動旁路運行方式

在機組正常工況下，如需隔離UPS 但又不能使下游負荷失電時， 需要通過一個3 位置手動旁路開關（開關具有在切換過程中先通后斷的性能） 切換至旁路電源供電，切換后可停運UPS 裝置。 但需要注意的是，此時旁路電源一旦故障失去，下游負荷將立刻失去電源。

UPS 裝置的不間斷供電方式的原理就在于以上4 種供電方式的切換，將電源經過充電器和逆變器后變為品質更為穩定的交流電源。為什么不將市電的交流電源直接供給負荷呢？這是因為市電電源的品質變化較大，可能導致負荷運行中出現波動。 將市電電源經過UPS 裝置，則輸出電源品質會大為改善，經過逆變器后輸出電源電壓變化范圍為+1%～-1%額定電壓、頻率為+0.05%～-0.05%額定頻率，從而達到穩定運行的目的。

UPS 的運行除第一種運行方式外，其他幾種方式都為非正常運行方式，在非正常方式下運行的時間應盡量短，正常運行時逆變器跟蹤旁路電源的頻率并與旁路電源同步，因此，旁路電源的電壓頻率就是充電器的輸入電壓頻率， 當旁路電源超出正常范圍時，就表明旁路輸入電源故障，逆變器放棄跟蹤，轉為自動調整輸出頻率。

3 常規島U P S 裝置運行過程中出現的問題及改進措施

常規島UPS 裝置自投運以來， 總體運行良好，但也出現過幾次異常導致汽輪機停機和反應堆停堆嚴重后果。

事件一：2012年3月3日3LNQ 卡件故障導致逆變器輸出喪失但又沒有切換至旁路電源供電。

事件二：2012年10月20日3LNQ 逆變器故障，且未能切換到旁路帶載，導致3LNQ 配電盤再次失電。

鑒于3LNQ 曾出現的自動關機事件，建議將逆變器軟件升級為SP6。 SP6 比原軟件SP5 采樣記錄時間更短， 具有更好的記錄事件能力； SP6 軟件可以記錄更短的時間事件，同時可以檢測記錄設備內外發生的事件，有利于故障分析，并具有對軟件校驗和定期檢查功能。

4 結語

經過本文的分析，可得出以下結論：

（1）UPS 裝置在原理上能夠實現不間斷供電，但這是建立在設備的高可靠性上。如果關鍵設備故障，在緊急的情況下就不能實現對重要負荷不間斷的供電。

（2） 應該及時關注廠家對UPS 設備的升級情況，將我廠UPS 系統的配置（包括軟件和硬件）提高到最新的要求，以應對可能發生的未知故障。

（3）在大修期間，對靜態開關EA 和EN 之間的切換進行試驗，以驗證它們之間切換的可靠性，本文認為試驗是必要的可行的。