变电站UPS电源故障分析

摘 要：阿克苏电网中仍有部分配网35kV末端变电站使用UPS电源，作为变电站事故电源。当交流电源停电或电压不稳定情况下，做为变电站保护、自动化装置持续提供稳定的交流工作电源，现结合一起35kV变电站UPS电源故障案例分析，谈论变电站UPS电源管理方法，从而提高UPS电源运行维护管理水平。

关键词： 变电站；UPS；故障

中图分类号：TN86 文献标识码：A

1事故经过

1.1事故前电网运行方式

某35kV变电站35kV母线、10kV母线均为单母线接线方式；35kV电源进线3511黑一线、35kV出线3512黑二线、1号主变、10kV线路及电容器均在运行状态，35kV所用变T接于35kV进线3511黑一线处，变电站所有二次设备工作电源使用UPS电源提供。

1.2保护动作情况

2012年8月2日23：35分30秒35kV出线3512黑二线C相接地；2012年8月2日23：40分34秒698毫秒35kV出线3512黑二线B、C相相间过流三段保护动作；2012年8月2日23：40分34秒801毫秒35kV出线3512黑二线断路器分闸失败；2012年8月2日23：40分34秒905毫秒35kV进线3511黑一线B、C相，三段过流保护动作”（上级变电站保护动作）。

2事故原因分析

该35kV变电站35kV出线3512黑二线线路C发生接地故障，UPS交流输入电源正好接于站用变C相，所用变C相电压降低，UPS输入电源不发生波动，UPS电源立即进入逆变状态；由于UPS电源缺少维护，运行不到5分钟UPS电源输出交流电压出现异常，此时35kV出线3512黑二线线路已由单相接地发展成为两相相间短路故障，35kV出线3512黑二线保护动作；由于UPS电源输出电压不稳定，35kV出线3512黑二线断路器跳闸线圈未动作（UPS输出电压未达到线圈最低动作电压值），所以3512黑二线保护装置报分闸失败。断路器未跳闸，未能讯速切断故障电流，使保护越级至上级变电站，迫使35kV电源进线3511黑一线保护动作。导至该35kV变电站全站失压，直接损失负荷3500kW.h。

经检查UPS电源AC-DC回路中整流元件损坏，未能给UPS电源蓄电池组充电，故障前蓄电池组已严重馈电，当UPS视电输入存在异常后，蓄电池组所存储电能无法满足当前用电负荷要求。使UPS输出电压降低，从而导至本次事故的发生。

由此可见UPS电源维护不当造成UPS电源运行异常是本次事故扩大的直接原因。对于二次设备电源都为交流电源的变电站，UPS电源的好坏直接引响着电网设备安全稳定运行。因此在变电站的维护中应加强UPS电源的日常维护，认真做好变电站UPS电管运行管理工作。

3 UPS管理

3.1 UPS电源的定义

UPS是不间断电源（Uninterruptible-

PowerSystem）的英文名称的缩写。实际上，UPS是一种含有储能装置，并以逆变器为主要组成部分的恒压恒额的不间断电源。UPS在其发展初期，仅被视为一种备用电源。后来，由于电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、电压跌落、持续过压或者欠压甚至电压中断等电网质量问题，使负载受运行干扰。因此，UPS日益受到重视，并逐渐发展成一种具备稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压浪涌等功能的电力保护系统。

3.2 UPS电源的结构及原理

UPS电源系统由4部分形成：整流、储能、变换和开关控制。其系统的稳压功能通常是由整流器实现的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统请求），输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来实现，由于整流器对瞬时脉冲打搅不能铲除，整流后的电压仍存留打搅脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就象接了一只大容量电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性铲除非脉冲打搅，起到了净化功能，也称对打搅的屏障。频率的固定则由变换器来实现，频率固定度取决于变换器的振荡频率的固定程度。另外UPS输出功率还与所带负载性质有关。蓄电池主要起储能作用，容量的大小主要表现于市电失电后，所能带负载时间的长短。

UPS电源简要工作原理：在市电工作正常时，如下图1简要UPS原理图所示，交流电源经整流器和逆变器给负载供电，而且同时对蓄电池进行充电。在市电突然停电时，UPS电源由储能蓄电池经逆变器给负载提供持续稳定电源。当UPS自动切换至旁路工作时，需检查UPS主机是否存在异常以及检查负载运行情况（如过载）。

UPS电源内部有L及N的区别，其中N做为一条固定通路存在，而L则进行整流升压逆变，所以L同电网的L有可能有电位差，尤其是输入电压波动较大时。接地线同零线是两个不同的线，一般情况两者电压几乎相等，但是在雷雨、严重过载等情况下零线的对地电压是没办法保证的。所以不可以要求零线与地线之间的电压。也不可以用零线做地线使用。

3.3 UPS电源的日常维护

3.3.1蓄电池维护

虽说储能电池组目前都采用了免维护电池，外部不正常工作状态对电池造成的影响并没有较大变的变化，因此蓄电池组的维护检修工作还是相关重要。

在变电站的日常巡视中应检查蓄电池外观有无异常，定期用万用表测量每节蓄电池电压和蓄电池组端电压，并做好记录。每节电压应为12V左右，电压不得低于10.8V，当低于10.8V时应对蓄电池进行充放电活化处理。活化后电压仍不能恢复的应立即更换蓄电池。并根据《国家电网公司十八项反措要求》每年定期对蓄电池做一次充放电试验，检查蓄电池容量能否满足要求。

3.3.2 UPS电源机头维护

为了提高UPS电源的工作效率和工作稳定性，需定期对UPS电源的开关切换操作，切断UPS市电，使UPS电池处于放电状态，监视UPS电源运行状况。查看UPS液晶面板上检查UPS有无告警信息，运行是否正常。定期检查UPS风扇有无异物堵塞，主机运行时有无异常响声等。UPS电源巡视时用万用表测量UPS输出电压是否正常，当输出电压不正常时，检查UPS滤波电容是否完好。并查明原因，迅速处理。另外在日常维护中还应即时清扫UPS主机和蓄电池，检查各连接线连接牢靠，无松动情况。

3.3.3 UPS电源信号监视

现如今变电站都为无人值班变电站，因此UPS电源信号监视也尤为重要，在UPS输入、输出端加装电压监测装置，通过自动化装置上传至调度，随时监视UPS电源输入、输出电压是否正常。当出现异常时，立即到变电站查看UPS运行情况。

3.4 UPS电源在运行中的日常注意事项

3.4.1 UPS电源开关机顺序，开机顺序：先给上UPS市电空开，UPS电源市电带电，将UPS主机打开，待主机运行正常后，再逐项给上UPS所带负载。UPS关机顺与开机顺序相反。

3.4.2 避免UPS负载过大，UPS电源所接负载过大一般会使UPS长期工作在过负荷运行状态，因此会缩短UPS的使用寿命。在日常工作中，对UPS所接负载功率记录在检修记录本内，对于新接入UPS电源负荷时计算功率能否满足要求。UPS电源负载一般一般控制在UPS电源功率60%—80%可靠性最佳。

3.4.3 变电站交流电源如长时间停电，若UPS负载可不使用，尽量要将UPS负载全部切除，UPS电源关闭，避免蓄电池电量放尽，使蓄电池使用寿命缩短。

3.4.4在无人值守变电站中，市电消失后UPS电源带负载时间不应太长，一般为3-5小时，即时将UPS市电电源恢复，避免将蓄电池电量放尽。

3.4.5 UPS电源蓄电池一般都为免维护密封铅酸蓄电池，受环境温度影响非常大，应将其放置在环境良好的地方，温度保持在15℃-30℃之间，蓄电池寿命一般都在5年左右，另外工作中主要防止蓄电池短路。

3.4.6 UPS负载空开跳闸后，应查明负载跳闸原因，排除故障后再将其空开给上，避免故障电流再次冲击UPS电源，对设设造成冲击。

参考文献

[1]于强.交流不间断电源UPS的研究[J].黑龙江科技信息，2011（20）.

[2]李晓光，卢建钢，李强.UPS电源原理及应用[J].电源世界，2006（01）.