水电站计算机监控系统UPS失电分析及解决方案

罗斌

摘 要：某水电站的计算机监控系统使用两台UPS电源，在一次例行清扫的定期工作中出现了母线失电的事件，文章对失电原因进行了分析，并提出了并联冗余单母线输出的UPS系统的运行注意事项。作者对该结构的UPS提出了改造方案，可以彻底解决UPS失电问题。

关键词：UPS 失电；改造

某水电站的计算机监控系统使用两台UPS电源并联冗余单母线输出的运行方式，（2台南京欧亚玛FRUK3130，运行方式：并联冗余）。在一次例行清扫的定期工作中出现了母线失电的事件。具体过程如下：电站工作人员做定期清理UPS电源灰尘及检测工作：1、两台UPS正常并联运行时，将1号UPS关机，断开1号UPS交流输入空开、直流输入及交流输出空开，此时测量1号UPS无电并开始清理工作；2号UPS逆变工作带全部负载。2、1号UPS清理工作完成后，合上1号UPS交流输入空开、直流输入空开、交流输出空开未合，此时用户将1号UPS开机，同时2号UPS报警（UPS显示逆变故障并告警声）导致负载发生短暂失电现象。失电造成了电站的计算机监控系统停机，电站中控室无法监视发电机组状态，造成电站与电网通讯中断，电网调度无法获取电站的相关数据，造成较大影响。

1 故障分析

由于1号UPS交流输出空开未合导致负载发生短暂失电问题分析如下：

（1）两台UPS正常并联运行时，交流输出是并联在一起的，通过并机通讯电缆将两台UPS的交流输出信息相互传输调节来保持一致共同带载。

（2）当时1号UPS在旁路运行状态；2号UPS在逆变运行状态时，1号UPS交流输出空开未合，此时不会影响2号UPS工作。当1号UPS开机过程中，1号UPS交流输出没有介入到2号UPS交流输出端，2号UPS检测到1号UPS交流输出电流很低，电压很低（几乎为0），此时2号UPS处于高电压、高电流状态。1号UPS随着即将转为逆变运行的变化，使得两台UPS在为了同样逆变模式而准备着交流输出数据保持一致性，因此导致2号UPS交流输出电压降低，1号UPS交流输出电压升高来达到电压平衡值。随着2号UPS交流输出电压不断降低，当低于逆变器工作电压值时，2号UPS自动形成低压保护状态，此保护状态旁路不能工作（须等待1号UPS高压保护等动作结束后旁路才有输出）。2号UPS低压保护动作后，1号UPS也进行逆变器高压保护使得交流输出电压恢复至220V后，此时2号UPS旁路开始工作带载并伴有故障信息。由于2号UPS与1号UPS做保护动作存在先后时差，导致2号UPS不能及时切换到旁路工作模式产生负载短暂失电现象（如诺未等到保护动作结束旁路立马工作，会导致UPS电解电容爆裂）。

因此对于并联冗余单母线输出的UPS系统，需要注意的事项：

①两台UPS并联运行时，并机通讯电缆必须可靠连接。

②两台UPS并联运行时，交流输出空开不得断开。

③两台UPS旁路运行时，任一台UPS开机，交流输出必须连接。

④一台UPS旁路运行，另一台UPS逆变运行时；此时UPS开机，交流输出必须连接。

2 解决方案

双机单母线的UPS在实际运行中存在较大风险，要使UPS更可靠，应该采用双机双母线的根据《Q/CSG115001-2012南方电网调度自动化系统》的要求，调度系统UPS 电源系统宜采用双机双母线带母行联运接线方式。接线图见下图：

改系统配置说明：

（1）交流输入回路需配置交流电源自动切换装置；两台UPS 电源的交流输入电源应分别取自不同的交流母线段，且每台UPS 电源的交流输入电源和旁路输入电源应共用同一输入电源。

（2）QA1 和QA2 为交流输入断路器，QA3 和QA4 为直流输入断路器，QA5 和QA6 为交流馈电母线进线开关，QA7 为馈电母线母联开关。

（3）交流输入电源为三相380V交流电源，直流输入电源为220V直流电源，输出电源为单相220V交流电源；直流电源取电站直流系统，不配备单独的蓄电池。

（4）UPS系统自带检修旁路切换开关，在UPS逆变故障时使用检修旁路供电。手动维修旁路开关应具有防止逆变输出与检修旁路同时供电的闭锁措施。

（5）交流馈电母联开关应具有机械防误操作装置，在正常情况下情况母联开关不能合闸。

（6）UPS主机采用N+1冗余模块化设计，当某一模块故障时整套UPS系统输出不受影响，可实现在线维护。

该系统运行方式说明：

（1）UPS系统正常运行方式为双机带双母线运行，两台UPS相互独立，每台UPS带一段馈电母线独立运行。

（2）UPS系统两条馈电母线带的负载为双电源供电设备，两个电源分别取至不同的母线，只要有一段母线带电，就能满足监控系统运行的要求。

（3）UPS主机正常运行以使用交流电源为主，即将380V三相交流电能整流后再逆变输出220V单相交流电能。

（4）当一路交流电源消失时，交流电源切换装置将输入电源将两路交流电源并联给，由一路交流电源带两套UPS主机工作。

（5）当交流电源消失时，由直流电源供电，直流电能逆变输出220V交流单相电能，切换过程实现0ms无扰动切换。

（6）UPS主机采用N+1冗余模块化设计，当某一模块故障时整套UPS系统输出不受影响；当UPS模块均故障、或UPS整体需要维修时，可使用检修旁路为负荷提供电能。

（7）交流馈电母联开关正常运行时保持分闸状态，只有当其中一套UPS故障无法工作时可合上母联开关，由一套UPS带双母线运行。

由于计算机监控系统的重要的服务器、通信机、操作员站、工程师站采用双电源供电，其两个电源分别取至两段母线，在一个UPS故障停止供电时，不影响监控系统的正常运行，设备运行的可靠性得到了保障。

参考文献

[1]吴建仁.雍口电站监控系统UPS改造方案的选择[J].中国农村水利水电，2008，（8）：144-145.

[2]周廷虎.安康水电厂计算机监控系统UPS电源故障原因分析[A].全国水电站运行技术经济研讨会[C].2006：121.

（作者单位：1.广西大学电气工程学院；2.龙滩水力发电厂）