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(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)等事故也越來越多,給配電網(wǎng)用電客戶帶來了巨大的經(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2000萬元的事故。

1.1事故過程

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2000萬元。

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100ms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)的安全問題難以控制又危害巨大,是比較棘手的一個(gè)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(jī)潤滑油站電機(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)潤滑油站電機(jī)控制回路接觸器卻保持運(yùn)行,說明負(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)問題,說明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,做好風(fēng)險(xiǎn)分散工作,將風(fēng)險(xiǎn)高、易出問題且允許較長中斷供電時(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)困難的問題,應(yīng)制訂UPS負(fù)荷饋線及相關(guān)元器件的清掃、測試計(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)問題,及時(shí)解決。

(6）UPS的選用應(yīng)確保其設(shè)計(jì)簡單可靠,盡可能采用電路元件集成度高的設(shè)備,避免選用可靠性會(huì)降低的內(nèi)部元器件過多的系統(tǒng)配置。選用時(shí)確認(rèn)其制造廠商具有知識(shí)產(chǎn)權(quán),有極強(qiáng)的軟硬件制造能力,且產(chǎn)品經(jīng)過較長時(shí)間的考驗(yàn),決不能以幾個(gè)用戶短時(shí)間的使用經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)進(jìn)行判斷。

(7）一般正常運(yùn)行的UPS設(shè)備,在使用五六年后,其參數(shù)的各項(xiàng)指標(biāo)都會(huì)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(shè)備所擔(dān)負(fù)的工作任務(wù)可靠性要求高,企業(yè)在正常運(yùn)行維護(hù)中發(fā)現(xiàn)故障率明顯升高時(shí),應(yīng)及時(shí)整組更換,條件允許的,可以定期進(jìn)行整組更新。

(8）一般UPS電源主要是運(yùn)用于要求電能質(zhì)量高,需要穩(wěn)壓濾波的信息網(wǎng)絡(luò)以及智能化設(shè)備,并非所有負(fù)載均適用,例如電感性負(fù)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(fù)載多,會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電流及尖峰電壓,對(duì)UPS系統(tǒng)有破壞性影響。如有必要,一定要配置相應(yīng)容量的工業(yè)型UPS,因其內(nèi)部采用DsP整流,具有穩(wěn)定性,且具有隔離變壓器,可減少負(fù)載對(duì)UPS的沖擊。

(9）如今,智能配電技術(shù)加快了供電網(wǎng)絡(luò)的升級(jí),但技術(shù)工作人員的整體水平非常有限,與先進(jìn)的技術(shù)水平脫節(jié),整體的技術(shù)應(yīng)用相對(duì)落后,所以企業(yè)要加強(qiáng)技術(shù)人員技術(shù)管理培訓(xùn)及與廠家的技術(shù)交流。

4結(jié)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(xiàng)艱巨的任務(wù),要從外在因素和內(nèi)在因素兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。內(nèi)在因素方面,要做好UPS供電系統(tǒng)的整體配置與設(shè)計(jì)優(yōu)化,并跟蹤好更新元件的交接試驗(yàn)、帶負(fù)荷測試及錄波分析,提升系統(tǒng)組件及接線質(zhì)量,確保整套設(shè)備運(yùn)行正?？煽?外部因素方面,要細(xì)化巡查方式,對(duì)UPS系統(tǒng)組件及相關(guān)負(fù)荷回路開關(guān)、接觸器、繼電器等元器件進(jìn)行定期檢驗(yàn),對(duì)老化明顯的進(jìn)行更換,做到有效預(yù)防,做好廠內(nèi)各UPS之間以及與市電之間的統(tǒng)籌配合,并對(duì)故障率升高至較為頻繁的UPS及時(shí)進(jìn)行整組更換。這兩個(gè)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(xì)致考慮,但只要系統(tǒng)地分析各個(gè)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。

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