秦山二廠常規島220V UPS技改后的可靠性分析

胡 欣

（中核運行管理有限公司運行四處，浙江 海鹽314300）

0 前言

秦山二廠三、四號機組常規島不間斷電源UPS系統自投運以來發生過多起失電故障。第一次故障發生在2012年三號機組，由于UPS靜態開關失控導致電源輸出故障，下游負荷失電，重要負荷二回路主給水泵液力耦合器失去控制電源，主給水向蒸汽發生器供水不足、低水位觸發反應堆保護自動停堆導致停機停堆，嚴重地影響了電廠的安全性和經濟性。電廠針對失電原因進行過一系列技術改造，取得了滿意效果，本文從運行的角度對UPS改進后的可靠性展開分析。

1 常規島UPS系統介紹

1.1 系統功能

常規島220 V交流不間斷電源系統（UPS）主要為常規島的DCS（常規島分散控制系統）、熱控220 V不停電電源配電柜，汽機DEH柜、火災報警等提供安全可靠的電源，不涉及核安全，但發生故障能導致發電機停機。

1.2 系統組成

三、四號機組的常規島各配置了相互獨立的兩套UPS，瑞士固特產品，型號為PEW 1080-220/230-EAN，系統代號為LNQ和LNR。原設計兩套UPS正常市電電源都取自常規島保安電源系統LLP，旁路市電電源都取自常規島普通電源系統A列LKF，直流電源都取自常規島直流系統LAB。兩套UPS輸出端子不做電氣連接，可以完整的隔離檢修，互相不受影響。正常市電電源經過改進后，分別來自常規島普通電源A、B列的LKQ和LKT，同時對下游負荷進行了清理，將失電引起機組瞬態的負荷進行了雙電源改造，可以總結為這四類負載：

（1）雙路電源負載，主副電源分別接受LNQ和LNR供電，如常規島分散控制系統；

（2）重要負載，進行了雙電源改造，通過自動切換開關切換電源，如主給水泵的液力耦合器控制電源；

（3）公共負載，主要是指繼電保護間的分配電源柜，通過刀熔開關在LNQ和LNR之間手動切換，失電會導致汽機功率控制回路自動切除等；

（4）次要負載，只由單列電源供電，如漏氫檢測儀，失電后不會對機組控制造成影響，但在機組長期運行過程中有安全的意義。

圖1 常規島UPS系統改進后的組成方架

1.3 UPS的工作原理

常規島UPS的工作原理是將廠用380 V交流電通過整流器轉換成直流，再通過逆變器轉換成恒頻恒壓的220 V交流電源，給重要負荷提供穩壓和濾波的不間斷電源。當整流器交流市電消失或整流器故障時，由蓄電池（常規島220 V直流系統）經閉鎖二極管向逆變器供電；當逆變器故障輸出電壓異常時（電壓過高或者過低），則由靜態開關切換至旁路電源供電。平時逆變器輸出電壓跟蹤旁路輸出電壓。其原理如圖2所示。

圖2 UPS工作原理圖

2 UPS的技改的可靠性分析

2.1 UPS正常市電電源改進后的可靠性

三、四號機組UPS在調試期間，曾發生過直流電源的閉鎖二極管故障。為防止兩路整流器并列時閉鎖二極管擊穿，產生環流，很長一段時間都是通過蓄電池的直流饋線給逆變器供電。這種運行方式會產生報警，嚴重地干擾了主控操縱員對UPS運行狀況的判斷，同時少了一路電源，可靠性降低了，電廠利用大修的窗口恢復了原設計運行方式。但是UPS的市電電源的原供電抽屜已被其他負荷占用，電廠通過技術改造，將原保安電源抽屜移位至普通電源抽屜：分別來自常規島A列電源系統（LKQ）和B列電源（LKT）。原設計的保安電源（LLP），其上游電源分兩路提供，自動切換，日常供電來自常規島B列電源系統（LKR）；備用電源來自核島應急電源系統（LLE），由6 kV安全母線供電，以柴油發電機做后備，可以在全廠失電時提供可靠電源。

這項改造雖然降低了整流器市電電源的可靠性，但是兩套UPS的第二備用電源——直流電源，其整流器上游同樣來自保安電源系統，同時有蓄電池作為保證，具有長期提供直流電源的能力，在全廠失電時依然能夠不間斷提供可靠電源；其次，常規島保安電源帶有風機、油泵等各種轉動設備，在系統中出現故障、燒毀等可能較大，使得LLP因負荷短路、接地而導致母線電源切換失敗的風險大大提高，因此取自不同系列的普通電源，可以降低單一母線失電而導致兩列UPS同時失去主電源的風險；再次，普通電源供電可靠性不低，其上游6 kV母線除了正常電源外，還有備用的廠外輔助電源，通過慢切換裝置在失電時間6.5 s內完成自動切換。

所以改進后的UPS主電電源更加豐富，除了可以保證任何一路廠用電源失電后不間斷供電外，還可以防止單一配電盤接地，短路等失電而引入的風險。

2.2 UPS裝置改造后的可靠性

2.2.1 UPS接地裝置和內部軟件的升級

秦山二廠三號機組在2012年發生過三起UPS失電事故。這三起UPS失電事故有相似的地方：直流電源和旁路電源都存在，但是靜態切換開關EA/EN全部斷開，沒有電流輸出導致失電。經過檢查和試驗分析，導致靜態開關失控的原因是內部模塊中的信號轉換器A075板控制回路多點接地，使裝置容易引入干擾源，類似于引入關機命令，所以導致失電。針對此事件電廠有以下改進：

（1）拆除了控制板A075。因為A075改變了主板RC接地方式，同時除了供數據下載外沒有其他作用；

（2）按照G50169修改了LNQ/R的接地方式，斷開盤柜基礎接地線，實現單點接線；

（3）升級主板系統軟件至SP6，可以記錄≤150 ms的事件，抗干擾能力更強，同時該軟件還有定期檢查功能，對軟件進行校驗。

技改前UPS的接地線采用類似菊鏈式的多點接地和通過信號轉換器接地，容易引入干擾源，造成UPS關機失電，屬于設計缺陷，技改后升級了軟件，消除了潛在的隱患。

2.2.2 UPS增加強制靜態旁路ATS（Automatic Transfer Switch自動轉換開關）

這項技改針對UPS運行參數超過保護定值時發生自動關機、靜態開關無法切換至旁路等失電情況，在UPS系統輸出端加裝雙電源轉換裝置ATS（后備旁路切換開關Q200），只要檢測到輸出電壓低于定值，就能自動將其切至旁路帶載。

這項改造可以提高單列UPS的供電可靠性。但是強制靜態旁路還沒有應用業績，同時Q200切換時間較長，慢于下游負荷的開關切換時間，失去了切換的意義，電廠基于這種考慮，取消了這項技改。

2.3 UPS負荷側改造后的可靠性

失電事故發生后，電廠對UPS下游的負荷進行了梳理，對保護、控制、監視等有重要影響的設備電源進行雙電源改造：

（1）主給水系統：主給水泵的液力耦合器的控制柜電源，都改為雙路冗余供電。兩個控制柜各分配一路電源至就地液力耦合器控制柜，在就地液力耦合器控制柜內增加一路交直流變換模塊，同時增加一個直流電源無擾切換模塊，從而實現雙路電源冗余供電；

（2）數字電液控制系統：參考擴建機組數字化的冗余電源方案，增加兩個APC（電源自動切換裝置）設備；

（3）定子冷卻水系統：在上游控制柜中增加APC雙電源自動切換模塊；

（4）集散控制系統：兩臺機組的常規島控制柜及主控P06盤內各安裝一臺APC自動切換裝置。電源分別取自控制柜內對應電源和主控盤臺內的對應電源。

UPS負荷改造完成后，2012年10月20日凌晨3:15，三號機組LNQ因逆變器故障，靜態開關切換失敗導致再次失電，但是這次失電沒有導致機組出現瞬態，說明了重要負荷雙電源改造成功。2019年10月14日11:19，處于功率運行的4號機組發生LNQ失電，失電后機組各項參數穩定，沒有異常情況發生。

UPS負荷側的雙電源改造后，經過實踐證明單列UPS失電不會導致機組瞬態，大大降低了機組對UPS裝置的可靠性依賴，對降低設備元件老化帶來的風險具有重要意義。

3 結論

秦山二廠三、四號機組常規島各自兩套UPS通過技術改造，將原來來自同一保安電源的主電源進線，移位至不同電源系列，避免了同一配電盤失電造成兩列UPS同時失去主電源的風險；內部軟硬件升級和隱患根治，大大提高了裝置的抗干擾能力，增強單列裝置的可靠性；負荷的整理和雙電源改造降低了負荷對單列UPS裝置可靠性依賴，使得兩列UPS能夠真正意義上互為備用。這些改造大大地提高了UPS系統應對廠用電失去和自身元件老化問題的能力，確保在各種嚴苛失電情況下不會造成常規島失去重要控制系統的電源，避免了非必要的停機，提高了電廠經濟性。