胡 欣

（中核運(yùn)行管理有限公司運(yùn)行四處，浙江 海鹽314300）

0 前言

秦山二廠三、四號(hào)機(jī)組常規(guī)島不間斷電源UPS系統(tǒng)自投運(yùn)以來發(fā)生過多起失電故障。第一次故障發(fā)生在2012年三號(hào)機(jī)組，由于UPS靜態(tài)開關(guān)失控導(dǎo)致電源輸出故障，下游負(fù)荷失電，重要負(fù)荷二回路主給水泵液力耦合器失去控制電源，主給水向蒸汽發(fā)生器供水不足、低水位觸發(fā)反應(yīng)堆保護(hù)自動(dòng)停堆導(dǎo)致停機(jī)停堆，嚴(yán)重地影響了電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性。電廠針對(duì)失電原因進(jìn)行過一系列技術(shù)改造，取得了滿意效果，本文從運(yùn)行的角度對(duì)UPS改進(jìn)后的可靠性展開分析。

1 常規(guī)島UPS系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)功能

常規(guī)島220 V交流不間斷電源系統(tǒng)（UPS）主要為常規(guī)島的DCS（常規(guī)島分散控制系統(tǒng)）、熱控220 V不停電電源配電柜，汽機(jī)DEH柜、火災(zāi)報(bào)警等提供安全可靠的電源，不涉及核安全，但發(fā)生故障能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)停機(jī)。

1.2 系統(tǒng)組成

三、四號(hào)機(jī)組的常規(guī)島各配置了相互獨(dú)立的兩套UPS，瑞士固特產(chǎn)品，型號(hào)為PEW 1080-220/230-EAN，系統(tǒng)代號(hào)為LNQ和LNR。原設(shè)計(jì)兩套UPS正常市電電源都取自常規(guī)島保安電源系統(tǒng)LLP，旁路市電電源都取自常規(guī)島普通電源系統(tǒng)A列LKF，直流電源都取自常規(guī)島直流系統(tǒng)LAB。兩套UPS輸出端子不做電氣連接，可以完整的隔離檢修，互相不受影響。正常市電電源經(jīng)過改進(jìn)后，分別來自常規(guī)島普通電源A、B列的LKQ和LKT，同時(shí)對(duì)下游負(fù)荷進(jìn)行了清理，將失電引起機(jī)組瞬態(tài)的負(fù)荷進(jìn)行了雙電源改造，可以總結(jié)為這四類負(fù)載：

（1）雙路電源負(fù)載，主副電源分別接受LNQ和LNR供電，如常規(guī)島分散控制系統(tǒng)；

（2）重要負(fù)載，進(jìn)行了雙電源改造，通過自動(dòng)切換開關(guān)切換電源，如主給水泵的液力耦合器控制電源；

（3）公共負(fù)載，主要是指繼電保護(hù)間的分配電源柜，通過刀熔開關(guān)在LNQ和LNR之間手動(dòng)切換，失電會(huì)導(dǎo)致汽機(jī)功率控制回路自動(dòng)切除等；

（4）次要負(fù)載，只由單列電源供電，如漏氫檢測(cè)儀，失電后不會(huì)對(duì)機(jī)組控制造成影響，但在機(jī)組長期運(yùn)行過程中有安全的意義。

圖1 常規(guī)島UPS系統(tǒng)改進(jìn)后的組成方架

1.3 UPS的工作原理

常規(guī)島UPS的工作原理是將廠用380 V交流電通過整流器轉(zhuǎn)換成直流，再通過逆變器轉(zhuǎn)換成恒頻恒壓的220 V交流電源，給重要負(fù)荷提供穩(wěn)壓和濾波的不間斷電源。當(dāng)整流器交流市電消失或整流器故障時(shí)，由蓄電池（常規(guī)島220 V直流系統(tǒng)）經(jīng)閉鎖二極管向逆變器供電；當(dāng)逆變器故障輸出電壓異常時(shí)（電壓過高或者過低），則由靜態(tài)開關(guān)切換至旁路電源供電。平時(shí)逆變器輸出電壓跟蹤旁路輸出電壓。其原理如圖2所示。

圖2 UPS工作原理圖

2 UPS的技改的可靠性分析

2.1 UPS正常市電電源改進(jìn)后的可靠性

三、四號(hào)機(jī)組UPS在調(diào)試期間，曾發(fā)生過直流電源的閉鎖二極管故障。為防止兩路整流器并列時(shí)閉鎖二極管擊穿，產(chǎn)生環(huán)流，很長一段時(shí)間都是通過蓄電池的直流饋線給逆變器供電。這種運(yùn)行方式會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，嚴(yán)重地干擾了主控操縱員對(duì)UPS運(yùn)行狀況的判斷，同時(shí)少了一路電源，可靠性降低了，電廠利用大修的窗口恢復(fù)了原設(shè)計(jì)運(yùn)行方式。但是UPS的市電電源的原供電抽屜已被其他負(fù)荷占用，電廠通過技術(shù)改造，將原保安電源抽屜移位至普通電源抽屜：分別來自常規(guī)島A列電源系統(tǒng)（LKQ）和B列電源（LKT）。原設(shè)計(jì)的保安電源（LLP），其上游電源分兩路提供，自動(dòng)切換，日常供電來自常規(guī)島B列電源系統(tǒng)（LKR）；備用電源來自核島應(yīng)急電源系統(tǒng)（LLE），由6 kV安全母線供電，以柴油發(fā)電機(jī)做后備，可以在全廠失電時(shí)提供可靠電源。

這項(xiàng)改造雖然降低了整流器市電電源的可靠性，但是兩套UPS的第二備用電源——直流電源，其整流器上游同樣來自保安電源系統(tǒng)，同時(shí)有蓄電池作為保證，具有長期提供直流電源的能力，在全廠失電時(shí)依然能夠不間斷提供可靠電源；其次，常規(guī)島保安電源帶有風(fēng)機(jī)、油泵等各種轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，在系統(tǒng)中出現(xiàn)故障、燒毀等可能較大，使得LLP因負(fù)荷短路、接地而導(dǎo)致母線電源切換失敗的風(fēng)險(xiǎn)大大提高，因此取自不同系列的普通電源，可以降低單一母線失電而導(dǎo)致兩列UPS同時(shí)失去主電源的風(fēng)險(xiǎn)；再次，普通電源供電可靠性不低，其上游6 kV母線除了正常電源外，還有備用的廠外輔助電源，通過慢切換裝置在失電時(shí)間6.5 s內(nèi)完成自動(dòng)切換。

所以改進(jìn)后的UPS主電電源更加豐富，除了可以保證任何一路廠用電源失電后不間斷供電外，還可以防止單一配電盤接地，短路等失電而引入的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 UPS裝置改造后的可靠性

2.2.1 UPS接地裝置和內(nèi)部軟件的升級(jí)

秦山二廠三號(hào)機(jī)組在2012年發(fā)生過三起UPS失電事故。這三起UPS失電事故有相似的地方：直流電源和旁路電源都存在，但是靜態(tài)切換開關(guān)EA/EN全部斷開，沒有電流輸出導(dǎo)致失電。經(jīng)過檢查和試驗(yàn)分析，導(dǎo)致靜態(tài)開關(guān)失控的原因是內(nèi)部模塊中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器A075板控制回路多點(diǎn)接地，使裝置容易引入干擾源，類似于引入關(guān)機(jī)命令，所以導(dǎo)致失電。針對(duì)此事件電廠有以下改進(jìn)：

（1）拆除了控制板A075。因?yàn)锳075改變了主板RC接地方式，同時(shí)除了供數(shù)據(jù)下載外沒有其他作用；

（2）按照G50169修改了LNQ/R的接地方式，斷開盤柜基礎(chǔ)接地線，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接線；

（3）升級(jí)主板系統(tǒng)軟件至SP6，可以記錄≤150 ms的事件，抗干擾能力更強(qiáng)，同時(shí)該軟件還有定期檢查功能，對(duì)軟件進(jìn)行校驗(yàn)。

技改前UPS的接地線采用類似菊鏈?zhǔn)降亩帱c(diǎn)接地和通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器接地，容易引入干擾源，造成UPS關(guān)機(jī)失電，屬于設(shè)計(jì)缺陷，技改后升級(jí)了軟件，消除了潛在的隱患。

2.2.2 UPS增加強(qiáng)制靜態(tài)旁路ATS（Automatic Transfer Switch自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)）

這項(xiàng)技改針對(duì)UPS運(yùn)行參數(shù)超過保護(hù)定值時(shí)發(fā)生自動(dòng)關(guān)機(jī)、靜態(tài)開關(guān)無法切換至旁路等失電情況，在UPS系統(tǒng)輸出端加裝雙電源轉(zhuǎn)換裝置ATS（后備旁路切換開關(guān)Q200），只要檢測(cè)到輸出電壓低于定值，就能自動(dòng)將其切至旁路帶載。

這項(xiàng)改造可以提高單列UPS的供電可靠性。但是強(qiáng)制靜態(tài)旁路還沒有應(yīng)用業(yè)績，同時(shí)Q200切換時(shí)間較長，慢于下游負(fù)荷的開關(guān)切換時(shí)間，失去了切換的意義，電廠基于這種考慮，取消了這項(xiàng)技改。

2.3 UPS負(fù)荷側(cè)改造后的可靠性

失電事故發(fā)生后，電廠對(duì)UPS下游的負(fù)荷進(jìn)行了梳理，對(duì)保護(hù)、控制、監(jiān)視等有重要影響的設(shè)備電源進(jìn)行雙電源改造：

（1）主給水系統(tǒng)：主給水泵的液力耦合器的控制柜電源，都改為雙路冗余供電。兩個(gè)控制柜各分配一路電源至就地液力耦合器控制柜，在就地液力耦合器控制柜內(nèi)增加一路交直流變換模塊，同時(shí)增加一個(gè)直流電源無擾切換模塊，從而實(shí)現(xiàn)雙路電源冗余供電；

（2）數(shù)字電液控制系統(tǒng)：參考擴(kuò)建機(jī)組數(shù)字化的冗余電源方案，增加兩個(gè)APC（電源自動(dòng)切換裝置）設(shè)備；

（3）定子冷卻水系統(tǒng)：在上游控制柜中增加APC雙電源自動(dòng)切換模塊；

（4）集散控制系統(tǒng)：兩臺(tái)機(jī)組的常規(guī)島控制柜及主控P06盤內(nèi)各安裝一臺(tái)APC自動(dòng)切換裝置。電源分別取自控制柜內(nèi)對(duì)應(yīng)電源和主控盤臺(tái)內(nèi)的對(duì)應(yīng)電源。

UPS負(fù)荷改造完成后，2012年10月20日凌晨3:15，三號(hào)機(jī)組LNQ因逆變器故障，靜態(tài)開關(guān)切換失敗導(dǎo)致再次失電，但是這次失電沒有導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)瞬態(tài)，說明了重要負(fù)荷雙電源改造成功。2019年10月14日11:19，處于功率運(yùn)行的4號(hào)機(jī)組發(fā)生LNQ失電，失電后機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定，沒有異常情況發(fā)生。

UPS負(fù)荷側(cè)的雙電源改造后，經(jīng)過實(shí)踐證明單列UPS失電不會(huì)導(dǎo)致機(jī)組瞬態(tài)，大大降低了機(jī)組對(duì)UPS裝置的可靠性依賴，對(duì)降低設(shè)備元件老化帶來的風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。

3 結(jié)論

秦山二廠三、四號(hào)機(jī)組常規(guī)島各自兩套UPS通過技術(shù)改造，將原來來自同一保安電源的主電源進(jìn)線，移位至不同電源系列，避免了同一配電盤失電造成兩列UPS同時(shí)失去主電源的風(fēng)險(xiǎn)；內(nèi)部軟硬件升級(jí)和隱患根治，大大提高了裝置的抗干擾能力，增強(qiáng)單列裝置的可靠性；負(fù)荷的整理和雙電源改造降低了負(fù)荷對(duì)單列UPS裝置可靠性依賴，使得兩列UPS能夠真正意義上互為備用。這些改造大大地提高了UPS系統(tǒng)應(yīng)對(duì)廠用電失去和自身元件老化問題的能力，確保在各種嚴(yán)苛失電情況下不會(huì)造成常規(guī)島失去重要控制系統(tǒng)的電源，避免了非必要的停機(jī)，提高了電廠經(jīng)濟(jì)性。