某火電機組UPS供電中斷事故研究

內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司 毛 康

2021年3月16日某發電公司3號機UPS 系統故障失電，造成A、B空預器跳閘、鍋爐MFT 動作滅火、機組所有電氣量測點壞點，機組功率失去監視，廠用電母線電壓、電流、所有電動機電流失去監視。為保證設備安全，值班員被迫打閘停機。火力發電廠UPS 供電中斷十分罕見，本次事故十分典型，暴露出了很多在UPS 系統設備管理與維護方面的短板，通過對事故原因的分析對今后在UPS 運行維護方面有很多啟發。

1 事件經過

1.1 事件發生時的現象

2021年03月16日，3號機負荷600MW，主汽壓力16.4MPa，A、B、D、E、F 磨煤機運行，A、B空預器主電機運行，1、2號UPS 運行正常。

19時26分48 秒，3號機組硬光字報“DCS 電源柜失電”、“鍋爐電源柜失電”，火焰電視失電黑屏，操作員站213、216電腦失電黑屏，所有控制器報警。發變組畫面發電機有功、無功，定子電壓、電流，主變高壓側電壓、電流、功率均壞點，故障錄波器失電報警，發電機頻率、主變高壓側頻率顯示正常。勵磁系統電壓、電流顯示正常，滅磁智能測控裝置故障、調節柜電源故障、整流柜綜合故障、脈沖電源故障、勵磁裝置報警、AVC 切除，6kV、380V廠用電系統電壓、電流均壞點，各輔機電流均壞點。啟備變系統畫面功率、電流壞點。保安系統各電壓、電流顯示壞點，柴油發電機機24V 電源報警。110V直流正常無報警，220V 直流系統直流一段饋線開關脫扣報警；A、B空預器主電機跳閘，輔電機聯啟失敗，鍋爐MFT 動作，首出“兩側空預器全停”。

1.2 事故處理經過

通過事件發生時的現象以及現場檢查確認為UPS 系統故障，造成供電中斷。由于A、B 空預器主、輔電機電源開關控制電源均取自UPS 系統，UPS 系統失電后，空預器電機電源開關控制電源失去，空預器跳閘無法啟動。因所有電氣參數失去監視，為保證設備安全，值班員被迫打閘停機。

2 過程分析

2.1 UPS 系統故障過程分析

3號機采用瑞士固特公司生產的PEW1060-220/220-EN-R 型UPS 并機系統，兩臺UPS 并列運行，2014年投運，單臺容量為60kVA。2021年3月16日19時26分54秒1、2號UPS 相繼發出故障報警，就地檢查UPS 系統供電中斷。將UPS 系統切換至手動旁路運行，恢復UPS 負荷供電。

檢查UPS 系統失電之前主要報警信息為：“Current limiter active（輸出電流超限）”、“Output inst.out of tolerance（輸出電壓平均值超限）”、“Output is out of tolerance（輸出電壓瞬時值超限）”“System lock in oper.Mode（鎖定在靜態旁路運行）”。現場檢查1號UPS 逆變模塊內部發生故障，控制板件無異常。2號UPS 整流器、逆變器等元件及控制板件無異常。

通過現場實際情況及報警信息分析得出：1號UPS 逆變器故障后，輸出電壓平均值超限（低于198V）、輸出電壓瞬時值超限（低于165V），導致1、2號UPS 系統同時切換至靜態旁路運行。由于1號UPS 逆變器為間斷性故障、時好時壞，當逆變器故障時1號、2號UPS 系統同時切換至靜態旁路運行；恢復正常狀態時1號、2號UPS 自動切回至主電源運行，往復切換多次后，UPS 系統自動鎖定在靜態旁路運行狀態。

由于UPS 系統切換至靜態旁路運行后，1號UPS 逆變器故障仍存在（內部短路狀態，且1號UPS 輸出開關在合閘狀態），短路故障電流突變大，造成UPS 系統旁路電源開關跳閘，靜態旁路電源失電，UPS 系統供電中斷。

2.2 空預器跳閘原因

3號爐A、B 空預器主輔電機電源開關內接觸器線圈控制電源均取自本段MCC UPS 電源小母線。當UPS 系統失電后，造成運行中的A、B 空預器電源開關內接觸器控制電源失電，接觸器釋放，A、B空預器主電機跳閘；由于A、B 空預器輔電機電源開關內接觸器控制電源失電，造成輔電機聯啟失敗。

圖1 UPS 系統報警信息

2.3 電氣量測點變壞點原因

發變組系統各電氣量測點均由發變組變送器屏送至DCS 系統，變送器屏電源取自UPS 配電柜；廠用6kV 系統與380V 系統PC、MCC 段電氣量測點均由各自變送器送至DCS 系統，變送器電源取自UPS 配電柜。機組UPS 系統失電后各變送器電源失電，導致發變組及廠用電系統各測點變壞點。

3 暴露問題及啟發

UPS 設備選型存在缺陷。本次事件原本是單臺UPS 逆變模塊內部發生故障，如果UPS 選型合理，單臺UPS 出口配置靜態開關，故障將能被及時隔離，不會影響系統其他部分正常供電。但UPS 設備選型僅采用標準配置、沒有選配靜態開關，導致實際運行中單臺UPS 內部故障時會同時影響兩臺UPS 及旁路自動方式的穩定運行，導致了異常情況的不斷擴大，最終造成事故。因此在UPS 設備選型時，須嚴格按照技術規范對設備的性能進行分析，如用戶本身對技術參數缺乏深入理解，可聘請第三方專業機構進行風險評估。

對UPS 失電的可能性準備不足。UPS 系統雖然設計嚴謹、看似固若金湯，但其設備具有集成度高的特點，對電氣元器件本身、控制板等要求也極高，如本身控制板故障供電失去的風險則大大增加。同時由于發電廠普遍對UPS 設備的認識存在短板，對現場設備技術特性了解不足，設備的設計或是接線的不合理很難被發現，這樣也會給日后穩定運行留下巨大隱患。

UPS 系統檢修維護標準低。本次故障后檢查發現1號UPS 逆變器背面大量積灰，可能長期存在散熱不良的情況。由于UPS 設備技術難度大，發電廠技術人員專業水平有限，過度依賴廠家，日常對UPS 設備的檢查維護存在不足，未能通過有效手段開展對元器件的檢測、檢修。因此進行與廠家的技術交流、培訓指導十分必要，進一步完善作業指導書內容，使UPS 檢修與維護項目標準化、規范化。通過從設備各元器件外觀檢查、衛生清理、控制板件檢查、電容檢查、逆變器檢查、風扇檢查、更換性能不穩定元器件、驗證邏輯功能的切換試驗等檢查與試驗，切實做好UPS 深度維護檢查，確保檢修后長期穩定運行。

空預器二次接線存在缺陷。3號爐空預器電源回路改造多年且經歷多次檢修，二次圖紙與實際接線不符。主輔電機電源開關內接觸器線圈控制電源均取自UPS 電源。空預器當UPS 系統失電后，造成運行中的A、B 空預器電源開關內接觸器控制電源失電，接觸器釋放，A、B空預器主電機跳閘無法啟動。對于380V 設備開關接觸器線圈控制電源普遍的接線方式是取自本身的主電源，這樣具有簡單可靠地特點，因對UPS 系統認識存在不足，認為UPS系統絕對可靠，盲目將空預器主輔電機控制電源改為UPS 供電。

綜上，UPS 系統在火力發電廠中發揮著重要作用。但由于本身系統比較復雜，對其設備可靠性來說本身就有很大考驗。再加上對其認識存在很多不足，常常在設備運行維護方面存在短板，所以UPS供電中斷的風險必然存在。UPS 系統涉及專業多、范圍廣，在選型時要加強專業之間的協調，規劃好方案；在運行中要加強管理維護，從而全面確保機組安全、穩定地運行。