王雪娟 秦 凱

(軍事科學(xué)院國(guó)防工程研究院，北京 100850)

1 概述

隨著IT設(shè)備的大量應(yīng)用，UPS供電系統(tǒng)已成為電氣設(shè)計(jì)中一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容，冗余并機(jī)的供電方式很大程度上增大了系統(tǒng)的供電容量，提高了系統(tǒng)的供電可靠性，但也帶來(lái)各種問(wèn)題值得注意。

2 項(xiàng)目基本情況介紹

某項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)為兩臺(tái)索克曼UPS主機(jī)，型號(hào)為MP300 kVA、工頻50 Hz可控硅機(jī)型，2013年投入使用，兩臺(tái)UPS組成的是冗余并聯(lián)系統(tǒng)。并機(jī)方案是導(dǎo)航型直接并機(jī)方案，即在出廠時(shí)將其中一臺(tái)UPS單機(jī)指定為具有優(yōu)先跟蹤市電電源的“導(dǎo)航UPS”,讓并機(jī)系統(tǒng)中其他逆變器跟蹤“導(dǎo)航UPS”而不是去直接跟蹤市電電源[1]。拓?fù)湎到y(tǒng)如圖1所示。正常工作時(shí),每臺(tái)UPS只承擔(dān)一半的負(fù)載電流，如果在UPS運(yùn)行中，其中一臺(tái)UPS出現(xiàn)故障，在并機(jī)邏輯控制電路的作用下，它會(huì)在向用戶發(fā)出故障信號(hào)的同時(shí)，自動(dòng)將位于逆變器輸出通道上的斷路器開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而將有故障的UPS同用戶負(fù)載總線脫機(jī)，剩余的一臺(tái)UPS仍具有足夠的輸出功率繼續(xù)向用戶負(fù)載供電[2]。并機(jī)運(yùn)行單臺(tái)UPS負(fù)載率20%～30%，單機(jī)運(yùn)行負(fù)載率50%左右。

3 UPS運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

值班人員在例行檢查工作中發(fā)現(xiàn)2號(hào)UPS的一臺(tái)交流電容器的表面溫度異于其他3臺(tái)，打開(kāi)保護(hù)罩手測(cè)溫度較低，初步判定其已停止工作。交流電容是比較重要的部件，而且一旦故障后果非常嚴(yán)重，于是甲方?jīng)Q定立即對(duì)兩臺(tái)UPS中的四臺(tái)交流電容統(tǒng)一更換。

11.20夜間負(fù)荷較小的情況下，首先將2號(hào)UPS退出運(yùn)行，進(jìn)行交流電容器的更換，更換下來(lái)的故障電容器端部已有明顯凸起，表面冰涼，應(yīng)該是早已退出工作。2號(hào)UPS交流電容更換完成后順便進(jìn)行了除塵工作，然后重新啟動(dòng)2號(hào)UPS，發(fā)現(xiàn)其逆變器輸出與旁路電源的相位差偏大，系統(tǒng)報(bào)警，電腦讀取數(shù)據(jù)逆變器與旁路相位差為-326如圖2所示。據(jù)UPS廠家技術(shù)人員介紹，這個(gè)值在200以內(nèi)時(shí)說(shuō)明逆變器輸出電壓與旁路電壓為同步狀態(tài)，UPS在旁路和逆變之間可以完全正常的轉(zhuǎn)換；在200～400之間時(shí)，UPS在旁路和逆變之間的轉(zhuǎn)換可能出現(xiàn)不正常；這個(gè)值大于400時(shí)為不同步狀態(tài)，UPS在旁路和逆變之間不能正常的轉(zhuǎn)換；由于當(dāng)天時(shí)間不夠充分，各方商定另找時(shí)間對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行檢查，并更換相關(guān)可能引起此問(wèn)題的配件，必須找到原因排除隱患。

4 查找問(wèn)題及處理措施

4.1 離線排查電路板

12.4夜間UPS技術(shù)人員帶來(lái)了倉(cāng)庫(kù)備用的并機(jī)控制板、主控板、并機(jī)通訊板等電路板，準(zhǔn)備逐一進(jìn)行排查。第一步先將2號(hào)UPS退出運(yùn)行，更換其并機(jī)控制板，完成后用電腦在線測(cè)試數(shù)據(jù)顯示逆變器與旁路相位差達(dá)到-500；第二步更換2號(hào)UPS主控板，完成后用電腦在線測(cè)試數(shù)據(jù)相位差依然不正常；第三步將1號(hào)UPS也退出運(yùn)行，負(fù)載切換到手動(dòng)維修旁路，更換2號(hào)UPS并機(jī)通訊板；第四步啟動(dòng)1號(hào)UPS，轉(zhuǎn)入1號(hào)UPS逆變器輸出，電腦在線測(cè)試數(shù)據(jù)顯示2號(hào)UPS相位差仍然為-400多，這說(shuō)明2號(hào)UPS更換的電路板并沒(méi)有改變相位差過(guò)大的問(wèn)題；第五步繼續(xù)將1號(hào)UPS退出運(yùn)行，負(fù)載切換到手動(dòng)維修旁路，更換1號(hào)UPS并機(jī)通訊板,啟動(dòng)1號(hào)機(jī)在線測(cè)試2號(hào)UPS相位差保持在-400多；第六步更換1號(hào)UPS并聯(lián)控制板，啟動(dòng)2號(hào)機(jī)在線測(cè)試2號(hào)UPS相位差為51，正常；但此時(shí)在線測(cè)試1號(hào)機(jī)又發(fā)現(xiàn)其相位差為+500多?？偨Y(jié)上述現(xiàn)象，就是兩臺(tái)冗余并機(jī)UPS，先啟動(dòng)的主機(jī)相位差正常，后啟動(dòng)的從機(jī)相位差則異常。

4.2 確定問(wèn)題所在

主機(jī)自身逆變器輸出很容易追蹤其旁路輸入，相位差正常；但后并入系統(tǒng)的從機(jī)逆變器輸出首先要追蹤主機(jī)UPS逆變器輸出，其逆變器輸出與旁路輸入一直存在較大的相位差。以上現(xiàn)象似乎說(shuō)明，兩臺(tái)UPS的旁路輸入存在相位差。

現(xiàn)場(chǎng)查看UPS電源配電柜見(jiàn)圖3，經(jīng)查證1號(hào)UPS電源柜進(jìn)線編號(hào)為11AA-1，2號(hào)UPS電源柜進(jìn)線編號(hào)為5AA-1。這兩路電源引自院總變配電室，經(jīng)確認(rèn)11AA-1引自上級(jí)變配電室2號(hào)變壓器，5AA-1引自上級(jí)變配電室1號(hào)變壓器，而且該院區(qū)兩路10 kV高壓電源引自不同開(kāi)閉站。

UPS電源上端的各臺(tái)變壓器,即使來(lái)自同一電網(wǎng),其電壓、相位也可能不完全相同,如不同接線方式的變壓器,對(duì)應(yīng)同相端之間就會(huì)有電位差,如果輸入到并聯(lián)運(yùn)行的UPS上,在主路整流—逆變雙變換運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)尚可正常工作,但系統(tǒng)轉(zhuǎn)旁路運(yùn)行時(shí),可能會(huì)燒毀旁路開(kāi)關(guān)。那為什么系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行7年之久呢。原因一是之前兩個(gè)電源之間的相位差不大尚在允許范圍內(nèi)，所以系統(tǒng)沒(méi)有報(bào)警；二是沒(méi)有發(fā)生自動(dòng)轉(zhuǎn)旁路工作的情況。

如圖4所示，上級(jí)變壓器線圈連接組別均為D,yn11，但兩路10 kV電源來(lái)自兩個(gè)不同的開(kāi)閉站,其電壓、相位很可能不完全相同,對(duì)應(yīng)同相端之間的電位差輸入到并聯(lián)運(yùn)行的UPS上,在主路整流—逆變雙變換運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)尚可正常工作,但系統(tǒng)轉(zhuǎn)旁路運(yùn)行時(shí),可能會(huì)燒毀旁路開(kāi)關(guān)。如果兩個(gè)電源的相位差超過(guò)系統(tǒng)設(shè)置的臨界值時(shí)，也會(huì)在從機(jī)追蹤主機(jī)逆變器輸出電壓相位的過(guò)程中，無(wú)法與自身旁路電壓合相，造成并機(jī)失敗。因此,并聯(lián)運(yùn)行的UPS電源,主回路整流器輸入可不同源,但其旁路輸入必須同源。

4.3 暫時(shí)分閘2號(hào)UPS旁路電源輸入開(kāi)關(guān)

由于工程的重要性，經(jīng)與使用方溝通，決定繼續(xù)保持兩臺(tái)UPS并機(jī)運(yùn)行方式，為避免旁路運(yùn)行時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)，暫時(shí)分?jǐn)?號(hào)UPS旁路電源開(kāi)關(guān)。這樣可確保萬(wàn)一整流—逆變回路故障切換到旁路工作時(shí)，只合1號(hào)UPS旁路電源，不會(huì)造成兩臺(tái)UPS旁路電源不同電位不同相位直接并聯(lián)引起的不良后果。

5 結(jié)果

鑒于目前兩臺(tái)UPS存在旁路不同源的問(wèn)題，下一步應(yīng)制定整改方案解決，避免兩個(gè)旁路開(kāi)關(guān)同時(shí)合閘時(shí)發(fā)生電源倒旁路的情況，由于現(xiàn)狀配電柜內(nèi)接線空間小，線纜硬度高，線路改造必須充分考慮可實(shí)施性。

5.1 改造方案

1)對(duì)調(diào)1號(hào)UPS旁路輸入電源與2號(hào)UPS主回路輸入電源。

該方案從理論上看線路改造少，不必更換開(kāi)關(guān)，但很難實(shí)施。一是1號(hào)UPS旁路輸入電源的電纜長(zhǎng)度是否夠；二是電纜硬度大，將2號(hào)主回路輸入電源電纜反方向拉到1號(hào) UPS旁路電源開(kāi)關(guān)也有難度；三是該方案雖然解決了兩路旁路不同源問(wèn)題，但兩路主回路輸入電源也變成同源，一旦該電源故障，兩臺(tái)UPS都將轉(zhuǎn)入蓄電池供電，蓄電池耗電完畢后，負(fù)載將徹底斷電，所以此方案可靠性大大降低并不可取。

2)增加帶雙旁路的ATS自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)。

將變配電室來(lái)的兩路低壓電源11AA-1和5AA-1，先引到新增雙電源自動(dòng)切換柜B1AT，經(jīng)過(guò)雙電源自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)后變成兩路同源電源后再引至B1APE。此方案對(duì)現(xiàn)有配電柜的影響小，可實(shí)施性大。首先UPS配電室有足夠空間安裝新增帶雙旁路的雙電源自動(dòng)切換柜，只需調(diào)整電纜接線即可；其次UPS輸入仍然有兩個(gè)引自不同變壓器的低壓電源，能夠保證供電的可靠性。示意圖見(jiàn)圖5，正常供電時(shí)，雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)狀態(tài)，由常用電源供電，維修旁路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。當(dāng)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)故障或需要維護(hù)、更換時(shí)，將雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)狀態(tài)，置于零位，將維修旁路開(kāi)關(guān)閉合于常用電源，形成旁路，保證負(fù)載供電。減少停電帶來(lái)的損失，提供供電穩(wěn)定性[3]。

5.2 改造后重新并機(jī)運(yùn)行

ATS自動(dòng)切換柜安裝及線纜改造完成后，首先啟動(dòng)1號(hào)UPS，逆變器與旁路電源相位差正常范圍內(nèi)，啟動(dòng)成功；再啟動(dòng)2號(hào)UPS，逆變器與旁路電源相位差也在正常范圍內(nèi)，兩臺(tái)UPS順利并機(jī)。改造后的UPS供配電系統(tǒng)與改造前對(duì)比，兩個(gè)旁路電源在任何時(shí)候都是引自同一臺(tái)變壓器的低壓電源，解決了不同源問(wèn)題，增加了供電安全性；電源輸入依然由來(lái)自兩臺(tái)變壓器的雙電源切換后供電，保證了供電的可靠性。

6 結(jié)語(yǔ)

“1+1”型雙機(jī)冗余并聯(lián)UPS系統(tǒng)要求2臺(tái)UPS的額定容量必須一致,旁路電源必須來(lái)自同一市電[2]。本工程UPS配電系統(tǒng)是后期改造項(xiàng)目，在沒(méi)有充分了解上級(jí)變配電系統(tǒng)及UPS電源需求的情況下，施工方就盲目接入了兩路電源，使得兩臺(tái)并機(jī)UPS的旁路不同源，給工程運(yùn)行造成了一定隱患。UPS并機(jī)系統(tǒng)的供電設(shè)計(jì)應(yīng)充分了解UPS并機(jī)的控制原理，對(duì)整流器輸入電源與旁路輸入電源是否同源的要求等。