单元220V交流不间断电源

1.      交流不间断电源系统概述
抚顺发电厂2号机为2002年6月投产的200MW采暖、凝汽两用式汽轮发电机组。其单元220V不间断电源系统选用由美国GUTOR公司生产，青岛整流器厂经销的PEW1000型UPS系统；该系统只供重要的调节、控制、保护仪表监测和重要信号电源，不做一般负荷电源。
1.1  设备规范及特性
整流器额定输入电压：380V±10%（三相电源）
旁路隔离变额定输入电压:  380V±10%（二相电源）
逆变器额定输入直流电压：220V
额定容量：40KVA
额定输出电流：182A
稳态电压特性：1%
动态电压特性：波峰小于8%，稳定时间小于40毫秒。
输出频率：与交流输入同步。
波形失真：小于5%。
1.2  运行方式
UPS正常运行时需三路输入电源，其一为主市电；其二为备用市电；其三为蓄电池。当主市电中断时，由电池经逆变后向负载供电，电池放电终了或UPS故障时，UPS系统由备用市电供电。
1.2.1  UPS系统正常运行方式：
    UPS正常运行时，由主回路向UPS系统供电，以380V厂用母线为电源，经自藕变压器后输入整流器（6脉冲晶闸管整流桥）将交流电压转换为直流电压，再经滤波电抗器滤除直流电压的谐波，输入脉宽调制逆变器（TSM半导体开关组件和IGBT功率器件）转换为交流电压，由滤波电抗器滤除来自逆变器输出中的谐波电压，以使逆变变压器输出端电压获得低非线性失真的正弦波，再经可选择的静态开关至Q050开关，将220V、50Hz交流电送到UPS配电屏。
1.2.2  UPS系统蓄电池供电运行方式：
    当系统停电或整流器输入电压超出允许范围时，UPS由蓄电池供电，直流电经直流隔离二极管（因我厂UPS系统未设置单独的电池组）和电池扼流圈（以减少单相逆变器在电池中产生的脉动），输入脉宽调制逆变器完成向负载供电。
1.2.3  UPS系统自动旁路运行方式：
当主回路失电或逆变器故障时，可以由备用市电向UPS系统供电，备用市电经隔离变压器（初/次级变比为380/230）将系统输出与电网完全隔离后，送到稳压调压器后将输出电压自动、电动或手动调整（调压范围：176~264V，超压：1~5%，超压精度：220V±10%，），经静态旁路开关（由自然换相的三组反向并联晶闸管组成）向负载供电。
1.2.4  UPS系统手动旁路运行方式：
    当UPS系统整机需要脱离电网运行时，即可利用先合后分手动旁路开关（Q050）完成UPS整机退出电网，关断备用市电至静态旁路供电开关，拆除F021、F028保险以便于UPS检修，同时旁路系统仍为负载供电。
附图1：抚顺发电厂2号机UPS系统简图
2.      故障发生及分析
2.1  发现问题
2号机投产以来共发生UPS电源中断事故三起，一次引起保护动作跳闸停机，两次造成机组被迫打闸停运；其故障性质恶劣，严重影响机组安全、稳定运行。下面将对事故过程进行叙述、分析。
事件1： 2002年7月29日14点37分，启动2号给水泵时，UPS电源中断，造成DCS系统及工业监视器电源消失；机组失去所有远方监视及控制手段，远方打闸不良，运行人员立即就地打闸停机。到UPS室就地检查时发现不停电段电压消失，立即手切Q050开关至BYPASS位置（手动旁路），由备用市电经手动旁路向负载供电。UPS系统恢复供电后，机组再次启动；同时查UPS事故追忆，有以下报警：
a.       逆变器输出熔断或逆变器输入开关断开；
b.       系统一个或多个风扇故障；
c.       逆变器输出电压超限或逆变器单元温度高。
原因分析：由于2号给水泵电源取至6KVⅡA段，而2号低工变（带380V厂用ⅡB段运行）也取至6KVⅡA 段，并且UPS主回路市电和保安段工作电源均取至380V厂用ⅡB段；所以在对6KV母线电压监视不足时，启动给水泵，因瞬间启动电流，而引起UPS系统输入端两路电源电压均大幅度降低，而转为蓄电池供电同时逆变器输出熔断器F021熔断，造成UPS供电中断。
事件2： 2002年8月18日1点5分，380V厂用ⅡB段工作电源812B开关跳闸，备自投装置未动作造成380V厂用ⅡB段失电；保安段工作电源052开关跳闸，备自投动作正确，保安段工作正常；而UPS系统母线电压降至177V造成DCS系统计算机死机，此时处在备用状态的EH油泵误启动，造成EH油泵出口油管路漏泄，EH油箱油位低，EH油泵跳闸，EH油压低保护动作机组跳闸。
原因分析：因为稳压调压器调压电机电源接于主回路，所以UPS系统处于“自动控制”方式工作，当稳压调压器输入电源突然中断时，控制系统即发出指令，使调压器输出自动降到下限值；并发出报警，等待电源再度恢复时，控制系统再度将调压器输出自动调节到整定值。而转为蓄电池供电同时逆变器输出熔断器F021再次熔断，由于电压波动较大致使静态开关自动关断，造成UPS供电中断。
事件3： 2003年5月23日6点18分，启动2号给水泵时，UPS电源再次中断，造成监视与控制系统断电，运行人员失去监控手段，远方打闸不良，则就地打闸停机。
此次事件前，5月19日5点10分，UPS母线电压下降至207V，经检查发现逆变器输出熔断器断、逆变器输出与旁路不同步、系统风扇故障报警，UPS自动由主回路切至静态旁路供电，同时发现旁路电压调整装置失灵，稳压调压器手动、自动均不可调。
原因分析： 由于主回路供电的故障和F021保险多次不正常的熔断， 而保安段（即备用市电电源）由380V厂用ⅡB段供电，因为2号低工变（是380V厂用ⅡB段的工作电源）和2号给水泵都是6KVⅡA段负荷，所以启动2号给水泵造成6KV母线电压下降，导致保安段电压下降，而稳压调压器调压电机电源取至主回路，使稳压调压器自动调压失灵造成静态旁路的可控硅静态开关在电压波动超过±10%自动关断，从而使UPS失电。
2.2  总结问题
经过上述事件及对系统工件原理分析，抚顺发电厂2号机UPS系统运行问题总结如下：
第一，UPS供电中断或故障，均发现F021保险熔断，并有UPS系统同步故障报警。F021为逆变器输出熔断器，只有当逆变器出现严重故障时保护负载，几次就地测量旁路电压和旁路与输出间电压及频率均未超限；因而怀疑UPS主控板是否有故障或程序缺陷。
第二，一旦逆变器出现故障（即F021熔断），系统将转换至静态旁路运行，而静态旁路供电稳定性差的因素在此过程逐渐被暴露出来；因为稳压调压器不能保证备用市电电压在±10%以内波动，所以电压超限后，静态开关自动关断。
第三，由稳压调压器稳压精度与投产前试验数据（如下表）比较结果证明稳压调压器工作失稳，导致电压波动不稳定使静态开关自动关断；所以稳压调压器需严格检修、检查。
2001年4月24日：稳压调压器自动稳压性能测试：