UPS在火电厂运行及出现的问题和改进

摘 要：在现代化的发电厂中，随着发电机组单机容量的不断增大，对机组的保护和控制的可靠性也越来越高，特别是厂内一些重要负荷如：汽机DCS、锅炉DCS、机、炉热控电源、FSSS、DEH、TSI等对电能的质量要求非常严格，电压短时间的失去或者小幅波动，都可能造成机、炉失去控制和非计划停机。因此需要提供一个高供电品质且不间断供电的交流不停电电源，即Uninterruptible Power System，我们把它称为UPS电源。国投哈密发电有限公司UPS采用青岛艾迪森的NewMainPower 系列UPS，该UPS为双机冗余并联运行方式。投运后双主机频繁出现同时切为旁路运行，安全等级直接下降两级，对机组安全运行产生很大影响。国投哈密发电厂技术人员与UPS厂家通过不断研究和试验最终找出问题并彻底解决。

关键词：交流不停电系统；火电厂运行；UPS改进

一、UPS组成及运行方式

每套UPS 系统包括两个主机柜、一个旁路柜和两个输出交流配电屏。每个主机柜均含整流器、逆变器、静态转换开关等，旁路柜含旁路变压器、稳压器、手动维修旁路开关、二极管等。

正常运行时，UPS 为两台主机并机运行，由厂用400V 保安电源供给整流器，再经逆变器变为单相交流220V 向馈线柜供电。当厂用400V 电源消失或整流器故障时，则由蓄电池经闭锁二极管向逆变器供电。当逆变器故障或检修时，静态开关自动切换至旁路电源向馈线柜供电。

集控UPS采用并机冗余运行方式，两套UPS通过各自的输入将交流/直流电转换成交流输出，再经静态开关将两路UPS输出进行并联，两套UPS采用共同旁路。任意一台UPS故障不影响另一台UPS的正常运行。

正常运行时两台UPS均分负载，其中一台UPS发生故障，另一台UPS承担全部负载而不需任何转换动作。UPS通过内部的同步信号来协调两台UPS输出（包括相位和电压以及输出电流等），使其输出与公共旁路同步。一次系统图如下：

图1 UPS双主机冗余并联运行方式

二、运行中出现的问题

在UPS投入运行后，锅炉等离子系统运行时多次出现4个同时断弧（等离子控制电源取自UPS，等离子本身检查无异常），UPS多次出现双主机同时切至旁路的现象。

为了查找内在原因，分别对#1、#2机UPS输出电源波形进行录波监视。通过连续24小时的录波，发现#1、#2机UPS在24小时的录波时间内都有短暂的波形畸变，且通过认真分析，发现波形畸变的时间正好与等离子失电的时间相吻合。

三、原因分析

1、UPS两台主机并机线抗干扰能力差，造成两主机间通讯干扰，导致输出波形畸变。

2、主机板抗干扰性不强，并机机型主板扰后表现为芯片间通讯或采样瞬间有误，导致机器运行状态发生改变（例如从逆变器运行切为旁路运行）。

四、解决方案

改造方案1

两台主机双冗余并联运行方式改为一主一备运行方式，即把一台主机主电源，另一台主机和原来的旁路电源作为主电源的静态旁路。如下图：

图2 UPS一主一备运行方式

方案1的优点：从接线方式上避免了由于并机线抗干扰能力差和并机机型主板扰的问题，进而避免了两主机间通讯干扰、输出波形畸变的问题。这种方案在国投北疆电厂等多个电厂已得到应用，运行状况良好。

方案1的缺点：

1、需要改变UPS的接线方式，操作过程稍稍有些复杂。

2、改造对静态开关的可靠性要求非常高，一旦静态开关出现问题，可能造成UPS失电的情况。

改造方案2

更换UPS两台主机并机线，增加抗干扰能力，同时对并机主板进行升级。根据UPS厂家技术人员分析，由于在主板上关于逆变保护的十多个信号中，UCEFAULT这个信号生成的电路存在一些干扰，由于干扰输出的不稳定导致存在误动作的可能，导致逆变器关掉，针对此现象考虑到还有类似的保护存在，在不影响逆变保护电路工作的前提下，去掉该保护电路上的二极管，从而防止逆变器误跳。

方案2的优点：从硬件上避免了UPS逆变器误跳和输出波形产生畸变。国投哈密电厂采用此方案后，两台机组UPS一直运行良好，再未出现UPS出口电压畸变和两主机同时切为旁路的情况。

五、结论

对于UPS双机冗余并联运行方式，在所有运行方式中可靠性是最高的。因此只有当无法采用双机并联运行时，可以考虑用一主一备的运行方式，但对主机的静态开关一定要运维到位。