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(guò)，詳細(xì)分析了影響UPS可靠性的相關(guān)因素，針對(duì)案例要點(diǎn)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(duì)策及意見(jiàn)，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(xiǎn)，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(yàn);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(dòng)及短時(shí)中斷等質(zhì)量問(wèn)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(lái)越多，給配電網(wǎng)用電客戶帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，這就對(duì)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(duì)企業(yè)而言，對(duì)核心重要負(fù)荷的可靠供電是重中之重，建立一個(gè)不停電的供電系統(tǒng)對(duì)企業(yè)十分重要。UPS（不間斷電源）就是為實(shí)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(yùn)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(wàn)元的事故。

1.1? ? 事故過(guò)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(dòng)，熱電廠#3鍋爐兩臺(tái)火檢風(fēng)機(jī)控制接觸器依次出現(xiàn)無(wú)法保持跳停，致使#3鍋爐MFT動(dòng)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(wàn)元。

1.2? ? 事故現(xiàn)象

事故發(fā)生時(shí)，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(shí)異常停運(yùn)的現(xiàn)象，排查發(fā)現(xiàn)DCS系統(tǒng)后臺(tái)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(dòng)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(yùn)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(guò)主機(jī)主控板，最終將檢查重點(diǎn)確定在#2機(jī)UPS系統(tǒng)及相關(guān)輸出負(fù)荷回路。針對(duì)#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(cè)試，發(fā)現(xiàn)UPS輸出電壓、電流存在不規(guī)律性波動(dòng)，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(guò)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(jì)不合理，將多個(gè)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(gè)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(wèn)題，將導(dǎo)致饋線負(fù)荷設(shè)備同時(shí)受影響。UPS系統(tǒng)內(nèi)部組件故障引發(fā)的安全問(wèn)題難以控制又危害巨大，是比較棘手的一個(gè)問(wèn)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(rùn)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(rùn)滑油站電機(jī)控制回路接觸器卻保持運(yùn)行，說(shuō)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(duì)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(shí)間內(nèi)即出現(xiàn)問(wèn)題，說(shuō)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(yàn)測(cè)試，造成設(shè)備狀態(tài)評(píng)估不足，風(fēng)險(xiǎn)控制不到位。

（4）故障UPS帶有大量感性負(fù)載，如#3爐兩臺(tái)火檢風(fēng)機(jī)及5臺(tái)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(guò)多的感性負(fù)載，是因?yàn)楦行载?fù)載臨時(shí)啟動(dòng)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(guò)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(duì)策

配電網(wǎng)的不正常供電有諧波、暫態(tài)沖擊、瞬時(shí)斷電等，通過(guò)UPS均可隔離和在一定時(shí)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(duì)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(duì)策：

（1）對(duì)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(duì)于重要負(fù)荷，為避免單套UPS故障退出時(shí)影響供電可靠性，可以將性能測(cè)試合格的兩臺(tái)或多臺(tái)UPS并列供電;實(shí)際應(yīng)用中UPS出故障導(dǎo)致供電故障增加時(shí)，越多的UPS聯(lián)合使用越可靠。對(duì)極重要負(fù)荷電源進(jìn)行組網(wǎng)配置，必要時(shí)可采用兩臺(tái)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(shí)單點(diǎn)短路故障導(dǎo)致整體受影響的風(fēng)險(xiǎn)，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(lèi)，做好風(fēng)險(xiǎn)分散工作，將風(fēng)險(xiǎn)高、易出問(wèn)題且允許較長(zhǎng)中斷供電時(shí)間的負(fù)荷由一臺(tái)UPS供電，而其他的另配置一臺(tái)UPS供電。

（4）針對(duì)UPS系統(tǒng)內(nèi)部精密元件維護(hù)困難的問(wèn)題，應(yīng)制訂UPS負(fù)荷饋線及相關(guān)元器件的清掃、測(cè)試計(jì)劃及更新臺(tái)賬，并嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行，可作為提高UPS配電系統(tǒng)運(yùn)行整體穩(wěn)定可靠性的有效措施。

（5）UPS在使用過(guò)程中存在內(nèi)部元件更換時(shí)，應(yīng)確保帶負(fù)荷切換試驗(yàn)合格，同時(shí)進(jìn)行UPS系統(tǒng)輸出參數(shù)的示波及錄波測(cè)試，做好設(shè)備狀態(tài)評(píng)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(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)解決。