淺談降低輸氣站場(chǎng)UPS故障檢修率

中海廣東天然氣有限責(zé)任公司 劉艷超 侯良文

如圖1所示，UPS 系統(tǒng)正常使用供電中，由Q1開關(guān)、整流器A 后，一路至逆變器B、經(jīng)過Q5N 開關(guān)供給負(fù)載，一路通過開關(guān)QF1開關(guān)向電池充電。當(dāng)UPS 內(nèi)部檢修進(jìn)行電隔離、使后面負(fù)載不間斷時(shí)，先停逆變器停止按扭，合手動(dòng)旁路維修開關(guān)（Q3BP），斷靜態(tài)旁路供電開關(guān)Q4S、Q5N 完成UPS 整機(jī)退出電網(wǎng)，由備用市電2向負(fù)載供電，拆除F021、F028保險(xiǎn)以便于UPS 的檢修。

圖1 UPS 線路示意圖

1 設(shè)備狀況

目前存在的問題：調(diào)查了2016年7～12月UPS故障情況，全部是由于UPS 元件故障、不能啟動(dòng)。運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)情況（設(shè)備管理要求故障率小于2%，即設(shè)備完好率大于98%）。

查找癥結(jié)：對(duì)2016年7～12月23臺(tái)UPS 調(diào)查故障情況進(jìn)行了調(diào)查，UPS 主板、控制板等板卡故障情況共發(fā)現(xiàn)5次造成UPS 不能啟動(dòng)、UPS 元件故障。其存在問題、頻數(shù)(h)、頻率(%)、累計(jì)頻率(%)分別如下。過流、過壓擊穿：944/46.4/46.4，電容、二極管損壞：408/20.1/66.5，市電沖擊：368/18.1/84.6，UPS 附件問題：216/10.6/95.2，外部環(huán)境情況：98/4.8/100。累計(jì)2034小時(shí)。可看出，造成UPS 元件運(yùn)行故障高的主要問題是過流、過壓擊穿和電容、二極管損壞。

表1 UPS 元件運(yùn)行故障調(diào)查表

預(yù)測(cè)分析：只要解決流、過壓擊穿和電容、二極管損壞問題的80%，就可超過設(shè)定的設(shè)備故障率2%的目標(biāo)值。通過查找UPS 運(yùn)行歷史記錄得知：南方“回南天”UPS 運(yùn)行時(shí)期，UPS 元件更換及附件更換、環(huán)境合適，嚴(yán)格執(zhí)行率，嚴(yán)抓重點(diǎn)時(shí)間的檢測(cè)，控制UPS 良好的運(yùn)行環(huán)境90%×1.48%=1.33%。因此，將UPS 運(yùn)行故障率由7.41%提高到1.33%是可以實(shí)現(xiàn)的。

原因分析：為了找出問題的主要原因，制定了要因確認(rèn)計(jì)劃表，并按計(jì)劃逐條確認(rèn)，詳見表2。

表2 要因確認(rèn)表

2 末級(jí)因素確認(rèn)

2.1 穩(wěn)壓器損壞

經(jīng)過對(duì)故障的主板進(jìn)行檢查，測(cè)電路的電阻及對(duì)比主要電路電阻，在同樣的電路中，抗電壓、電流的頻率中比較弱，其中有兩個(gè)主要處理方法：一是更換電阻，需要廠家變更設(shè)計(jì)，困難比較大；二是添加安全柵。

在儀電（微電子）設(shè)備中，分流是用以防護(hù)儀電設(shè)備遭受電壓閃擊及其它干擾造成的傳導(dǎo)電涌過電壓的有效手段。根據(jù)電子線路加裝位置不同進(jìn)行分析，一般情況下分析4種情況線路間加裝：一入一出、一入二出、一入三出、二入二出。安全柵也有齊納式和隔離式安全柵等，由于天然氣氣站場(chǎng)要求現(xiàn)場(chǎng)防爆型，采用了將輸入、輸出以及電源三方之間相互電氣隔離的電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)符合本安型限制能量的要求。與齊納式安全相比雖然價(jià)格較貴，還是為用戶應(yīng)用帶來了更大的受益。

經(jīng)過因果分析，確認(rèn)儀UPS 元件故障的板卡線路二極管正向電阻較大主要原因是：設(shè)計(jì)不合理、安裝不規(guī)范，抗過壓、過流能力低。

2.2 環(huán)境不合格

根據(jù)公司要求的工藝操作參數(shù)：UPS 電源的工作環(huán)境應(yīng)與計(jì)算機(jī)工作環(huán)境基本相同。UPS 電源工作期間應(yīng)保持一定的溫度和相對(duì)濕度，保持清潔、無灰塵、無污染、無有害氣體。一般溫度控制在5℃以上35℃以下，相對(duì)濕度在50±10%。灰塵也是UPS 電源正常工作的一大危害，灰塵等級(jí)為小于3級(jí)。針對(duì)某站環(huán)境因素，對(duì)2016年4月～2017年3月12個(gè)月平均的溫度、濕度、灰塵度進(jìn)行調(diào)查，進(jìn)行了調(diào)查分析，詳見表3。

表3 月平均的溫度、濕度、灰塵度調(diào)查（灰塵等級(jí)：1級(jí)最好、5級(jí)最差）

經(jīng)確認(rèn)分析，UPS 所處的工作環(huán)境可以看出溫度有3個(gè)月不合格，2個(gè)月在臨界值。濕度有5個(gè)月超過要求值,灰塵度5個(gè)月不合格。

2.3 連接線路內(nèi)阻大

經(jīng)查資料，2015年8月15日南朗站市電停電、UPS 未啟動(dòng)，各方面檢查正常，各個(gè)電池電壓正常電壓均在12.8V 以上。讓UPS 在市電狀態(tài)下工作，將萬(wàn)用表設(shè)在電壓檔，表筆接在UPS 背面安德森插頭的里面，直接測(cè)量到達(dá)UPS 的直流電壓。此時(shí)，一個(gè)人觀察萬(wàn)用表顯示，另一個(gè)人拔掉UPS 的輸入線、觀察斷電瞬間萬(wàn)用表的顯示，電壓值瞬間下降11.2V，可能連接上的問題。

以16平方線為基準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)，線徑4.11mm、電線長(zhǎng)度分別為40、50、60m 時(shí)導(dǎo)線電壓降分別為5.43、6.79、6.45；以平方線為基準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)，線徑4.62mm、電線長(zhǎng)度分別為40、50、60m 時(shí)導(dǎo)線電壓降分別為4.30、5.37、6.45。經(jīng)確認(rèn)分析，南朗站UPS 連接線有42根是16平方的線，21根是25平方的連接線，線路連接內(nèi)阻不一樣，串聯(lián)起來內(nèi)阻變大。

3 對(duì)策實(shí)施

綜合以上要因確認(rèn)，找到三個(gè)主要原因：市電不穩(wěn)、過壓過流，集成電路抗沖擊能力不強(qiáng)；環(huán)境不合格（溫度、濕度、灰塵度、異物入侵）；連接線內(nèi)阻不合適。

根據(jù)運(yùn)行的電網(wǎng)的規(guī)范要求，增加安全柵。根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)電源地方增加電源隔離。在UPS 電池逆變的輸出端增加齊納式安全柵，在儀表、主板進(jìn)線端增加現(xiàn)場(chǎng)型隔離型安全柵；本次針對(duì)廣東管道32臺(tái)UPS 進(jìn)行改造，其中增加25個(gè)齊那式安全柵、78個(gè)隔離型安全柵，根據(jù)使用情況，在2016年12月28號(hào)某站UPS 故障中發(fā)現(xiàn)一例，整流回路安全柵，接線牢固，線路排查后，重新安裝后正常；超過相418V 為電壓超限值，12個(gè)相電壓值6個(gè)超限，南屏站UPS 運(yùn)行正常，未出現(xiàn)超壓引起故障停機(jī)。

在空間較大的配電間增加或者更換節(jié)能空調(diào)，定期調(diào)節(jié)。通過本公司的節(jié)能計(jì)劃，利用計(jì)劃控制部的節(jié)能管理概念，增加了6處配電間的節(jié)能空調(diào)。并要求值班人員定期檢查、記錄，分析。讓UPS 配電間保持一個(gè)適宜的溫度、濕度、無塵的環(huán)境中運(yùn)行。根據(jù)環(huán)境要求，和節(jié)能部門進(jìn)行對(duì)配電間增加節(jié)能空調(diào)；根據(jù)結(jié)果驗(yàn)證出溫度、濕度、灰塵度等因素，明確看出近“平行線”對(duì)UPS 的環(huán)境變化范圍較小，適宜延長(zhǎng)使用周期。到目前為止，維修組每三個(gè)月定期吸塵器除塵也有很大幫助。

根據(jù)UPS 功率因數(shù)，重新計(jì)算電池連接線。更換三個(gè)分輸站的電池連接線，測(cè)試數(shù)據(jù)詳見表4。根據(jù)此表格可看出，電池新連接線更換可以降低電池組電壓降，效果明顯，未發(fā)生電壓低啟動(dòng)不起UPS 主機(jī)元件損壞。

表4 測(cè)試數(shù)據(jù)

當(dāng)前，UPS 系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用都非常廣泛，特別是輸氣場(chǎng)站采用進(jìn)口UPS 設(shè)備為其重要負(fù)荷提供高質(zhì)量市電；整套裝置的可靠性、技術(shù)水平以及自動(dòng)化程度多數(shù)較為理想。針對(duì)UPS 系統(tǒng)所發(fā)生幾次故障及異常，通過分析、處理及改進(jìn)UPS 系統(tǒng)客觀環(huán)境，保證了UPS 系統(tǒng)供電的可靠性及穩(wěn)定性，對(duì)輸氣設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義。通過實(shí)施對(duì)策后，在站場(chǎng)、閥室、計(jì)量站，根據(jù)新的儀表規(guī)范要求進(jìn)行增加安全柵，去耦合電氣元件，更換元件的電阻、電容值、以及對(duì)UPS 所處的環(huán)境情況改善，2017年輸氣站UPS 因元件的運(yùn)行故障率從未發(fā)生過，達(dá)到的活動(dòng)預(yù)期目標(biāo)。