工業(yè)UPS故障影響及其配電可靠性分析

鄒健鵬

摘 要：介紹了某企業(yè)自備熱電廠UPS故障導(dǎo)致生產(chǎn)損失的典型事故案例，并結(jié)合案例具體經(jīng)過，詳細(xì)分析了影響UPS可靠性的相關(guān)因素，針對案例要點因素，從UPS的選型、使用及維護(hù)等方面提出了改善UPS系統(tǒng)供電可靠性的對策及意見，以期達(dá)到降低配電網(wǎng)電源不穩(wěn)定導(dǎo)致的生產(chǎn)風(fēng)險，提高UPS在配電系統(tǒng)中供電可靠性、靈活性的目的。

關(guān)鍵詞：UPS;檢驗;供電可靠性;互備

0? ? 引言

供電可靠性作為衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，成為當(dāng)今配電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展不可或缺的前提。然而，隨著配電網(wǎng)用戶生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展，電壓波動及短時中斷等質(zhì)量問題愈發(fā)凸顯，造成的電氣設(shè)備跳停、生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控中斷、企業(yè)生產(chǎn)線停產(chǎn)等事故也越來越多，給配電網(wǎng)用電客戶帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，這就對配電網(wǎng)電壓質(zhì)量提出了更高的要求。UPS電源的出現(xiàn)與配電系統(tǒng)技術(shù)穩(wěn)定發(fā)展有著密切的關(guān)系，對企業(yè)而言，對核心重要負(fù)荷的可靠供電是重中之重，建立一個不停電的供電系統(tǒng)對企業(yè)十分重要。UPS（不間斷電源）就是為實現(xiàn)不間斷供電而設(shè)置的，所以UPS本身的性能及其設(shè)備應(yīng)用，就成為核心重要負(fù)荷穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

1? ? 事故案例

2021年3月，某企業(yè)自備熱電廠發(fā)生一起因UPS系統(tǒng)主控板故障，最終導(dǎo)致企業(yè)損失約2 000萬元的事故。

1.1? ? 事故過程

因企業(yè)自備熱電廠#2機(jī)UPS系統(tǒng)輸出電壓連續(xù)擾動，熱電廠#3鍋爐兩臺火檢風(fēng)機(jī)控制接觸器依次出現(xiàn)無法保持跳停，致使#3鍋爐MFT動作跳爐停汽，最終導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)線因供熱不足而部分停產(chǎn)，損失約2 000萬元。

1.2? ? 事故現(xiàn)象

事故發(fā)生時，發(fā)現(xiàn)#3爐火檢風(fēng)機(jī)與#3爐B磨煤機(jī)油站油泵電機(jī)存在同時異常停運的現(xiàn)象，排查發(fā)現(xiàn)DCS系統(tǒng)后臺顯示A、C磨煤機(jī)油站油泵電機(jī)電流升高，給煤機(jī)反饋頻率降低，#2機(jī)UPS輸出電流有突增現(xiàn)象（因DCS自身數(shù)據(jù)刷新存在100 ms的延遲，UPS電壓波動曲線并不明顯）。

1.3? ? 事故排查

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，#3爐火檢風(fēng)機(jī)與#3爐磨煤機(jī)油站油泵電機(jī)的供電關(guān)聯(lián)性僅為控制電源均由2012年投運的#2機(jī)UPS供電，供電UPS結(jié)構(gòu)如圖1所示，而且當(dāng)月剛更換過主機(jī)主控板，最終將檢查重點確定在#2機(jī)UPS系統(tǒng)及相關(guān)輸出負(fù)荷回路。針對#2機(jī)UPS系統(tǒng)所有輸出負(fù)荷回路進(jìn)行全面排查，初步排除UPS饋線負(fù)荷回路故障;而后在UPS輸出端接入示波器及故障錄波裝置進(jìn)行錄波及示波測試，發(fā)現(xiàn)UPS輸出電壓、電流存在不規(guī)律性波動，明確原因后，更新主機(jī)控制板，之后恢復(fù)正常。

2? ? 案例分析

目前UPS供電系統(tǒng)基本形式大致相同，下面結(jié)合上述事故過程具體分析UPS系統(tǒng)影響配電網(wǎng)供電可靠性的相關(guān)因素。

（1）該電廠重要輔機(jī)（如火檢風(fēng)機(jī)）控制電源設(shè)計不合理，將多個同系統(tǒng)互備的重要負(fù)荷的控制電源均接由單一UPS系統(tǒng)供電，雖然UPS為不間斷電源，但畢竟共用一個輸出通道（圖1），仍存在一定的不確定因素;若UPS電源輸出通道出問題，將導(dǎo)致饋線負(fù)荷設(shè)備同時受影響。UPS系統(tǒng)內(nèi)部組件故障引發(fā)的安全問題難以控制又危害巨大，是比較棘手的一個問題[1]，只有將UPS作為多重電源之一或備用電源，才能更好地保證安全性的直接提升。

（2）#3爐B磨煤機(jī)潤滑油站電機(jī)及A、B火檢冷卻風(fēng)機(jī)控制回路接觸器跳停，而同控制系統(tǒng)的#3爐A/C/D/E磨煤機(jī)潤滑油站電機(jī)控制回路接觸器卻保持運行，說明負(fù)荷的電氣控制元件存在老化、性能不合格現(xiàn)象。技術(shù)人員缺少對負(fù)荷配電控制系統(tǒng)的性能檢查及理論分析，也是導(dǎo)致生產(chǎn)停止的原因。

（3）故障UPS的主控板剛更換完畢，短時間內(nèi)即出現(xiàn)問題，說明UPS的內(nèi)部組件自身已存在缺陷，而技術(shù)人員技能水平不足，安裝后未進(jìn)行必要的帶負(fù)荷輸出波形檢驗測試，造成設(shè)備狀態(tài)評估不足，風(fēng)險控制不到位。

（4）故障UPS帶有大量感性負(fù)載，如#3爐兩臺火檢風(fēng)機(jī)及5臺磨煤機(jī)油站電機(jī)交流控制接觸器等，而正常不建議UPS帶過多的感性負(fù)載，是因為感性負(fù)載臨時啟動電流大，易造成UPS系統(tǒng)元件因受電流沖擊而損壞。

（5）#2機(jī)UPS設(shè)備使用年限已經(jīng)超過9年，成套設(shè)備老化明顯，使得UPS設(shè)備內(nèi)部不穩(wěn)定因素增加，也是導(dǎo)致UPS更新組件很快出現(xiàn)異常的原因。

3? ? 提升UPS系統(tǒng)供電可靠性的對策

配電網(wǎng)的不正常供電有諧波、暫態(tài)沖擊、瞬時斷電等，通過UPS均可隔離和在一定時間內(nèi)抵御，雖然UPS本身可靠性很高，但并不代表故障率為0，所以對于特別重要的生產(chǎn)負(fù)荷，提出以下保障配電可靠性的對策：

（1）對于重要的互備性質(zhì)的設(shè)備，應(yīng)該分別采用不同的UPS供電系統(tǒng)，或其中一套設(shè)備改由市電供電，以提高UPS的供電可靠性。

（2）對于重要負(fù)荷，為避免單套UPS故障退出時影響供電可靠性，可以將性能測試合格的兩臺或多臺UPS并列供電;實際應(yīng)用中UPS出故障導(dǎo)致供電故障增加時，越多的UPS聯(lián)合使用越可靠。對極重要負(fù)荷電源進(jìn)行組網(wǎng)配置，必要時可采用兩臺UPS互為備用，并與市電構(gòu)成三重電源。

（3）為了降低電路并聯(lián)時單點短路故障導(dǎo)致整體受影響的風(fēng)險，除了加強(qiáng)絕緣維護(hù)外，還應(yīng)將負(fù)荷進(jìn)行合理分類，做好風(fēng)險分散工作，將風(fēng)險高、易出問題且允許較長中斷供電時間的負(fù)荷由一臺UPS供電，而其他的另配置一臺UPS供電。

（4）針對UPS系統(tǒng)內(nèi)部精密元件維護(hù)困難的問題，應(yīng)制訂UPS負(fù)荷饋線及相關(guān)元器件的清掃、測試計劃及更新臺賬，并嚴(yán)格遵照執(zhí)行，可作為提高UPS配電系統(tǒng)運行整體穩(wěn)定可靠性的有效措施。

（5）UPS在使用過程中存在內(nèi)部元件更換時，應(yīng)確保帶負(fù)荷切換試驗合格，同時進(jìn)行UPS系統(tǒng)輸出參數(shù)的示波及錄波測試，做好設(shè)備狀態(tài)評估;條件允許的，可以將UPS系統(tǒng)輸出接入故障錄波系統(tǒng)，以保證UPS系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)初期異常時，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時解決。