許庭升

（華陽(yáng)電業(yè)有限公司廈門(mén)分公司，福建 廈門(mén) 361013）

1 UPS切換試驗(yàn)的目的

在線式交流不間斷電源裝置（以下簡(jiǎn)稱UPS）一般由整流器、逆變器、蓄電池組、靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等部件組成，在外部交流輸入電源故障或消失時(shí)能維持下游負(fù)載供電連續(xù)性的電源設(shè)備。

國(guó)內(nèi)某沿海7×600MW大型燃煤火力發(fā)電廠各機(jī)組依設(shè)計(jì)要求配置2臺(tái)及以上在線式UPS，主要為機(jī)組80kVA UPS（專供除DCS系統(tǒng)外重要負(fù)荷使用）和熱工30kVA UPS（專供DCS系統(tǒng)使用），均采用中達(dá)電通產(chǎn)品，型號(hào)分別為GESNT80K（80kVA，輸出電壓380VAC、配置200AH蓄電池組）、GES-NT30K（30kVA，輸出電壓220VAC、配置100AH蓄電池組），UPS正常供電模式如圖1所示。這2臺(tái)UPS接帶機(jī)組重要控制系統(tǒng)負(fù)荷如分散式控制系統(tǒng)DCS、重要PLC系統(tǒng)、重要計(jì)算機(jī)類及其他控制系統(tǒng)等，UPS的可靠安全運(yùn)行顯得尤為重要，因此電廠專門(mén)要求結(jié)合各機(jī)組定檢須進(jìn)行各機(jī)組UPS切換測(cè)試，驗(yàn)證UPS各項(xiàng)性能完好性，如果發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)排查處理，降低機(jī)組運(yùn)行中突發(fā)重要UPS故障風(fēng)險(xiǎn)，保障機(jī)組安全運(yùn)行。

圖1 UPS正常供電模式圖

2 UPS切換試驗(yàn)及異常處理

UPS試驗(yàn)前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作說(shuō)明如下。1） 由試驗(yàn)單位人員提交試驗(yàn)方案給各方并進(jìn)行技術(shù)交底。2） 檢修部門(mén)開(kāi)立發(fā)電廠電氣第二種工作票，并經(jīng)運(yùn)行部門(mén)做好安全措施許可后方可進(jìn)行。3） 運(yùn)行部在許可前通知UPS負(fù)載各用戶試驗(yàn)的時(shí)間及可能存在短時(shí)失電的風(fēng)險(xiǎn)，做好各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施。4） 由試驗(yàn)單位人員將要試驗(yàn)的UPS主電源輸入電壓、整流器輸出直流電壓、UPS輸出交流電壓、UPS輸出交流電流4個(gè)模擬量接入錄波器準(zhǔn)備就緒，為便于及時(shí)錄波，各步試驗(yàn)開(kāi)始指令由試驗(yàn)單位人員下達(dá)給運(yùn)行人員操作。5）UPS上的操作由運(yùn)行人員在操作前跟DCS盤(pán)上運(yùn)行監(jiān)視人員共同確認(rèn)后操作，并核對(duì)UPS操作后的DCS畫(huà)面報(bào)警信息是否跟現(xiàn)場(chǎng)一致，并做好記錄。6） 記錄UPS輸出各相帶載情況（各相負(fù)載電流及百分比）。下面以2021年3號(hào)機(jī)組定檢時(shí)機(jī)組80kVA UPS（輸入輸出均為3相4線制）切換試驗(yàn)為例進(jìn)行試驗(yàn)方法說(shuō)明及相關(guān)異常情況分析。

2.1 UPS控制面板上手動(dòng)切換試驗(yàn)

圖2 （手動(dòng)）主電源切換至備用電源

旁路備用電源供電切回至主電源供電試驗(yàn)：?jiǎn)?dòng)錄在儀器上觀察波形，如圖3所示。UPS切換過(guò)程輸出電壓波形連續(xù)無(wú)間斷，輸出電流波形略有波動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)相關(guān)失電異常、DCS畫(huà)面無(wú)相關(guān)設(shè)備失電報(bào)警異常，此時(shí)UPS送至DCS報(bào)警應(yīng)均復(fù)位即無(wú)報(bào)警。

圖3 （手動(dòng)）備用電源切回主電源

2.2 自動(dòng)切換試驗(yàn)及異常處理

UPS主電源自動(dòng)切至蓄電組供電：?jiǎn)?dòng)錄波器，斷開(kāi)UPS主電源開(kāi)關(guān)CB1，整流器停止工作，自動(dòng)切換至直流側(cè)蓄電池組帶逆變器供電，錄波后在儀器上觀察波形，如圖4所示。UPS切換過(guò)程輸出電壓和電流波形均連續(xù)無(wú)間斷，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)相關(guān)失電異常、DCS畫(huà)面無(wú)相關(guān)設(shè)備失電報(bào)警異常，此時(shí)UPS送至DCS報(bào)警應(yīng)為：UPS異常、UPS電池供電。

UPS蓄電組供電自動(dòng)切至旁路備用電源供電及異常處理：接上步，斷開(kāi)蓄電池組開(kāi)關(guān)CB5，逆變器停止工作自動(dòng)切換至旁路備用電源供電，因UPS內(nèi)部DC電容（內(nèi)有9個(gè)3300μF電容）作用，直流DC電壓波形是緩慢下降并影響切換至旁路備用電源前電壓波形的變化，錄波器截圖抓取切換至備用電源前的電壓變化幅值及持續(xù)時(shí)間（可記錄直流DC電容性能變化趨勢(shì)），切換波形如圖5所示。UPS切換過(guò)程輸出電壓波形連續(xù)無(wú)間斷，輸出線電壓峰值由525.6V降至465.5V，換算至相電壓有效值由214.6V降至190.1V（下降-11.4%），持續(xù)340.58ms后輸出電壓波形轉(zhuǎn)為旁路備用電源電壓波形，輸出電流波形略有波動(dòng)，檢查發(fā)現(xiàn)精處理PLC系統(tǒng)出現(xiàn)宕機(jī)現(xiàn)象，且DCS畫(huà)面報(bào)出多條精處理PLC系統(tǒng)相關(guān)異常報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)及DCS畫(huà)面上其他設(shè)備無(wú)相關(guān)失電異常及報(bào)警，此時(shí)UPS送至DCS報(bào)警應(yīng)為UPS異常、UPS旁路市電供電、UPS電池低電壓。

經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)該P(yáng)LC為早期進(jìn)口AB-PLC5系列、已投用超20年、電源模塊內(nèi)的電容等器件可能存在性能下降情形，該電源模塊適應(yīng)性差（查模塊銘牌僅標(biāo)明220 VAC），若遇電源電壓波動(dòng)易引起控制器、I/O模塊宕機(jī)。經(jīng)整改該P(yáng)LC系統(tǒng)升級(jí)更換為進(jìn)口ControLigx5000新款PLC，配置的電源模塊輸入電壓范圍為120VAC~240VAC，重新進(jìn)行上述UPS試驗(yàn)，UPS錄波波形跟上次比較無(wú)基本變化，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)相關(guān)失電異常。通過(guò)該試驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)UPS負(fù)載設(shè)備電源模塊適應(yīng)性變差等異常。

主電源送電后的UPS自恢復(fù)功能試驗(yàn)：在完成上述切換試驗(yàn)后，依次合上UPS主電源開(kāi)關(guān)CB1、待UPS直流DC母線電壓恢復(fù)后再合上蓄電池組開(kāi)關(guān)CB5，啟動(dòng)整流器和逆變器，靜態(tài)開(kāi)關(guān)STS自動(dòng)將UPS從旁路備用電源切換至正常逆變器輸出供電。UPS切換過(guò)程輸出電壓波形連續(xù)無(wú)間斷，輸出電流波形略有波動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)相關(guān)失電異常，DCS畫(huà)面無(wú)相關(guān)設(shè)備失電報(bào)警異常。

3 UPS切換試驗(yàn)規(guī)范要求

上述廠牌UPS切換試驗(yàn)中在斷開(kāi)UPS主電源情況下，UPS蓄電組供電自動(dòng)切至旁路備用電源供電，輸出電壓波形連續(xù)無(wú)間斷（即切換時(shí)間0ms），但出現(xiàn)-11.4%較大瞬時(shí)電壓變化，應(yīng)注意各負(fù)載運(yùn)行情況，其他切換情形輸出電壓波形連續(xù)無(wú)間斷（即切換時(shí)間0ms）且幅值變化較小，符合UPS相關(guān)規(guī)程、規(guī)范以及廠家要求：逆變器供電切換至旁路供電（如圖2~圖5所示，均為0ms）或從旁路供電切換至逆變器供電時(shí)輸出電壓波形（如圖3，0ms）測(cè)算切換時(shí)間小于5ms；主電源切換至蓄電池供電的切換時(shí)間符合0ms要求（如圖4，0ms）。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、廠家資料及參考文獻(xiàn)，說(shuō)明如下。

圖4 （自動(dòng)）主電源切至蓄電池

圖5 （自動(dòng)）蓄電池切至備用電源

根據(jù)《DLT 5491-2014電力工程交流不間斷電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（第2.0.7、2.0.10及9.3.1條）和《GB50660-2011大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》（第16.4.11條）相關(guān)UPS要求，逆變器供電切換至旁路備用電源供電的電子快速轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換時(shí)間不應(yīng)大于5ms（1/4周波），切換時(shí)間指從逆變器供電切換至旁路供電或從旁路供電切換至逆變器供電所需要的時(shí)間。

根據(jù)《YD/T 1095-2018 通信用交流不間斷電源（UPS）》相關(guān)UPS要求（第4.3.14），通過(guò)示波器UPS輸出電壓波形變化情況測(cè)量切換時(shí)間：在線式UPS主電源切換至蓄電池切換時(shí)間要求在0ms；容量大于10kVA通信類UPS要求逆變器與旁路電源間切換時(shí)間要小于4ms，要求高于火電廠設(shè)計(jì)規(guī)范5ms標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)聯(lián)系廠家了解到該型號(hào)UPS實(shí)測(cè)信息為主電源與蓄電池之間供電切換時(shí)間均為0ms（廠家標(biāo)準(zhǔn)要求小于4ms；主電源輸入為額定電壓且負(fù)載率為50%情況下測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試該情形比較難模擬）；逆變器切旁路備用電源供電切換時(shí)間為0.64ms（廠家標(biāo)準(zhǔn)要求小于4ms）、旁路備用電源切逆變器供電時(shí)間為0ms（廠家標(biāo)準(zhǔn)要求小于4ms）。

通過(guò)查詢相關(guān)參考文獻(xiàn)，在線式UPS在主電源供電和蓄電池供電情況下，都是將上述上級(jí)電源電壓轉(zhuǎn)為中間直流DC電壓，且UPS內(nèi)部正常均配置有較大的多個(gè)DC直流電解電容，因此UPS一般主電源與蓄電池之間切換時(shí)間均為0ms。當(dāng)逆變器轉(zhuǎn)旁路備用電源時(shí)，在線式UPS輸出電壓波形一般不會(huì)有斷點(diǎn)，但輸出電壓波形幅值會(huì)有瞬時(shí)變化，測(cè)試時(shí)可采用手動(dòng)控制切換至旁路（如圖5切換方式）或者模擬超載，不應(yīng)采用關(guān)斷逆變器方式切換至旁路。當(dāng)旁路備用電源轉(zhuǎn)逆變器供電時(shí)，相當(dāng)于UPS內(nèi)部逆變器突然加載，UPS輸出電壓波形可能會(huì)有約±10%的變化。

4 結(jié)語(yǔ)

上述電廠機(jī)組UPS切換試驗(yàn)方法及注意事項(xiàng)還需要在后續(xù)實(shí)踐過(guò)程中不斷持續(xù)修正和完善，試驗(yàn)過(guò)程盡量多抓取輸入及輸出電壓、輸出電流波形變化幅值及持續(xù)時(shí)間，并建立好各臺(tái)UPS歷次切換試驗(yàn)報(bào)告臺(tái)賬（附錄波波形相關(guān)數(shù)據(jù)分析）。同時(shí)也有利于UPS針對(duì)性保養(yǎng)，如分析切換過(guò)程中UPS直流電壓及輸出電壓幅值和持續(xù)時(shí)間變化情況，側(cè)面表征出UPS切換性能的變化趨勢(shì)，同時(shí)提醒設(shè)備保養(yǎng)人員加強(qiáng)UPS內(nèi)部DC電解電容定期性能測(cè)試及更換、冷卻風(fēng)扇等部件定期更換、內(nèi)部清灰等定保措施，這一項(xiàng)目建議委托專業(yè)設(shè)備廠家執(zhí)行，以及后續(xù)適時(shí)進(jìn)行UPS汰舊更新升級(jí)等。另外UPS切換試驗(yàn)盡量采用具備存儲(chǔ)功能的錄波型儀器，便于試驗(yàn)后數(shù)據(jù)快速分析并節(jié)省測(cè)試時(shí)間。