工業(yè)UPS故障影響及其配電可靠性分析

引言

供電可靠性作為衡量電能質量的重要指標,成為當今配電系統(tǒng)技術發(fā)展不可或缺的前提。然而,隨著配電網(wǎng)用戶生產技術的快速發(fā)展,電壓波動及短時中斷等質量問題愈發(fā)凸顯,造成的電氣設備跳停、生產數(shù)據(jù)監(jiān)控中斷、企業(yè)生產線停產等事故也越來越多,給配電網(wǎng)用電客戶帶來了巨大的經(jīng)濟損失,這就對配電網(wǎng)電壓質量提出了更高的要求。UPS電源的出現(xiàn)與配電系統(tǒng)技術穩(wěn)定發(fā)展有著密切的關系,對企業(yè)而言,對核心重要負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)不間斷供電而設置的,所以UPS本身的性能及其設備應用,就成為核心重要負荷穩(wěn)定運行的關鍵。

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,最終導致企業(yè)損失約2000萬元的事故。

1.1事故過程

因企業(yè)自備熱電廠#2機UPS系統(tǒng)輸出電壓連續(xù)擾動,熱電廠#3鍋爐兩臺火檢風機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,最終導致企業(yè)生產線因供熱不足而部分停產,損失約2000萬元。

1.2事故現(xiàn)象

事故發(fā)生時,發(fā)現(xiàn)#3爐火檢風機與#3爐B磨煤機油站油泵電機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磨煤機油站油泵電機電流升高,給煤機反饋頻率降低,#2機UPS輸出電流有突增現(xiàn)象（因DCs自身數(shù)據(jù)刷新存在100ms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爐火檢風機與#3爐磨煤機油站油泵電機的供電關聯(lián)性僅為控制電源均由2012年投運的#2機UPS供電,供電UPS結構如圖1所示,而且當月剛更換過主機主控板,最終將檢查重點確定在#2機UPS系統(tǒng)及相關輸出負荷回路。針對#2機UPS系統(tǒng)所有輸出負荷回路進行全面排查,初步排除UPS饋線負荷回路故障: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,更新主機控制板,之后恢復正常。

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)供電可靠性的相關因素。

（1）該電廠重要輔機（如火檢風機）控制電源設計不合理,將多個同系統(tǒng)互備的重要負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,將導致饋線負荷設備同時受影響。UPS系統(tǒng)內部組件故障引發(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磨煤機潤滑油站電機及A、B火檢冷卻風機控制回路接觸器跳停,而同控制系統(tǒng)的#3爐A/C/D/E磨煤機潤滑油站電機控制回路接觸器卻保持運行,說明負荷的電氣控制元件存在老化、性能不合格現(xiàn)象。技術人員缺少對負荷配電控制系統(tǒng)的性能檢查及理論分析,也是導致生產停止的原因。

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

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

（5）#2機UPS設備使用年限已經(jīng)超過9年,成套設備老化明顯,使得UPS設備內部不穩(wěn)定因素增加,也是導致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負荷,提出以下保障配電可靠性的對策:

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

(2）對于重要負荷,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:實際應用中UPS出故障導致供電故障增加時,越多的UPS聯(lián)合使用越可靠。對極重要負荷電源進行組網(wǎng)配置,必要時可采用兩臺UPS互為備用,并與市電構成三重電源。

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

(4）針對UPS系統(tǒng)內部精密元件維護困難的問題,應制訂UPS負荷饋線及相關元器件的清掃、測試計劃及更新臺賬,并嚴格遵照執(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部元件更換時,應確保帶負荷切換試驗合格,同時進行UPS系統(tǒng)輸出參數(shù)的示波及錄波測試,做好設備狀態(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)內部出現(xiàn)初期異常時,及時發(fā)現(xiàn)問題,及時解決。

(6）UPS的選用應確保其設計簡單可靠,盡可能采用電路元件集成度高的設備,避免選用可靠性會降低的內部元器件過多的系統(tǒng)配置。選用時確認其制造廠商具有知識產權,有極強的軟硬件制造能力,且產品經(jīng)過較長時間的考驗,決不能以幾個用戶短時間的使用經(jīng)驗為依據(jù)進行判斷。

(7）一般正常運行的UPS設備,在使用五六年后,其參數(shù)的各項指標都會發(fā)生物理改變,使用八年后,這種物理改變的現(xiàn)象將尤為突出。由于UPS設備所擔負的工作任務可靠性要求高,企業(yè)在正常運行維護中發(fā)現(xiàn)故障率明顯升高時,應及時整組更換,條件允許的,可以定期進行整組更新。

(8）一般UPS電源主要是運用于要求電能質量高,需要穩(wěn)壓濾波的信息網(wǎng)絡以及智能化設備,并非所有負載均適用,例如電感性負載,其功率因數(shù)一般很低,而UPS是用電子電路升壓至220V,抗過載能力很差,感性負載多,會產生很大的浪涌電流及尖峰電壓,對UPS系統(tǒng)有破壞性影響。如有必要,一定要配置相應容量的工業(yè)型UPS,因其內部采用DsP整流,具有穩(wěn)定性,且具有隔離變壓器,可減少負載對UPS的沖擊。

(9）如今,智能配電技術加快了供電網(wǎng)絡的升級,但技術工作人員的整體水平非常有限,與先進的技術水平脫節(jié),整體的技術應用相對落后,所以企業(yè)要加強技術人員技術管理培訓及與廠家的技術交流。

4結語

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn),提升UPS系統(tǒng)的供電可靠性是一項艱巨的任務,要從外在因素和內在因素兩個方面進行改進。內在因素方面,要做好UPS供電系統(tǒng)的整體配置與設計優(yōu)化,并跟蹤好更新元件的交接試驗、帶負荷測試及錄波分析,提升系統(tǒng)組件及接線質量,確保整套設備運行正?？煽?外部因素方面,要細化巡查方式,對UPS系統(tǒng)組件及相關負荷回路開關、接觸器、繼電器等元器件進行定期檢驗,對老化明顯的進行更換,做到有效預防,做好廠內各UPS之間以及與市電之間的統(tǒng)籌配合,并對故障率升高至較為頻繁的UPS及時進行整組更換。這兩個方面的工作,可以有效保障UPS在配電網(wǎng)中供電的安全性,雖然還有許多其他方面需要細致考慮,但只要系統(tǒng)地分析各個環(huán)節(jié),精心考慮優(yōu)選所有組件,是可以保證UPS系統(tǒng)整體的供電可靠性的。

20220207_62009ec89aedb__工業(yè)UPS故障影響及其配電可靠性分析