秦山核电二厂3/4 号机组常规岛UPS 运行分析

周增强

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

1 秦山二厂3/4 号机组常规岛U P S 装置简介

1.1 3/4 号机组常规岛UPS 装置的配置

UPS （Uninterruptible Power System） 即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。 它的作用是向重要负荷如计算机，计算机网络系统等供应不间断电源。 秦山二厂3/4 号机组常规岛UPS 装置是瑞士GUTOR （固特瑞）公司的产品，位于常规岛6 kV 配电间内，其配置为：每台机组配置两套UPS 电源（LNQ/LNR），每套各有一个主机柜、一个旁路柜和一个出线柜，整流器、逆变器、旁路变压器及静态开关等是其核心装置。 每一个UPS 装置的主机柜上都有一个显示面板，上边有液晶显示屏、操作软按钮、运行示意图和报警指示灯，在这个面板上可以实现UPS 的启动、停运、切换、报警信息查看、运行信息查看等功能。 UPS 主机额定容量为80 kVA，旁路变压器容量为100 kVA，额定输出电压为交流220 V，额定输出频率为50 Hz。

1.2 3/4 号机组常规岛UPS 电源相较1/2 号机组的改进

1/2 号机组常规岛UPS 只有LNQ 一路电源向下游负荷供电，若LNQ 供电母线出现故障，一般会立即导致汽轮发电机组停运，而3/4 号机组常规岛UPS 电源分为LNQ 和LNR，两路电源共同向下游负荷供电，实现了重要负荷双路供电， 分散了负荷失电的风险。另外经过改进后的3/4 号机组常规岛UPS 装置的控制电源由装置内部电源供给， 其控制电源分为两路：内部电源一， 由充电器输入电源和旁路输入电源提供；内部电源二：由LAB 直流母线提供电源。两路中的一路就可以满足系统对控制电源的要求。

1.3 3/4 号机组常规岛UPS 装置输入电源的构成及核心设备的作用

1.3.1 UPS 装置输入电源的构成

为了使UPS 装置向重要负荷提供可靠的、稳压和滤波的不间断电源，装置设置了三路电源向其供电。 第一路电源为厂用380 V 交流电源，为正常运行时的供电电源；第二路为220 V 直流母线电源，取自直流220 V LAB母线；第三路为厂用380 V 交流电源，取自LKQ（LNQ）、LKT（LNR）交流母线，这路电源经过旁路变压器降压为220 V 交流电源后通过静态开关向负荷供电。 每套UPS装置都设置了一台逆变器、一台整流器、一台旁路变压器、两个静态开关和一个手动旁路切换开关，三路输入电源就是通过这些设备间的作用和切换实现向UPS 装置供电的。 工作示意图如图1 所示。

图1 UPS 装置工作示意图

1.3.2 核心设备的作用

充电器：用于将正常电源厂用380 V 交流电源整流为220 V 直流电源，以向逆变器提供一个恒压直流电源；需要提及的是一般的充电器运行都可以下蓄电池充电，如均充或浮充电方式等，但此处的充电器不能向蓄电池充电， 因为直流线路上有一个二极管存在，只允许蓄电池向UPS 供电，而不允许充电器向蓄电池供电。

逆变器：逆变器的输入由充电器直流输出和带二极管的LAB 直流母线输出并联供电，用于将直流逆变为更为稳定的交流电源，输出额定容量为80 kV·A。

旁路变压器：它由隔离变压器和调压变压器串联组成，额定容量为100 kV·A，用于将旁路电源降压后供给下游负荷。

静态开关：用于将逆变器的逆变电源和旁路变压器来的电源间快速切换。

三位置手动旁路开关Q050：具有3 个位置，分别是Auto（自动）位置、Test（试验）位置和Bypass（旁路）位置。 当开关处于Auto 位置时，负荷由静态开关出口供电，静态开关可以是逆变器供电也可以是旁路变压器供电；当开关处于Test 位置时，负荷直接由旁路电源供电，但静态开关同时接有逆变器和旁路变压器电源， 此时可对静态开关进行试验而不影响负荷的运行；当开关处于Bypass 位置时，负荷直接由旁路电源供电，但旁路变压器向静态开关的供电隔离，此时可以停运逆变器，实现停运检修。

2 U P S 装置运行原理及运行方式

2.1 正常运行方式

UPS 装置正常运行时为：主路380 V 交流电源输入后经过充电器整流为220 V 直流，再经过逆变器变为直流通过静态开关EA 送至出线柜提供给下游负荷。 此时，逆变器跟踪旁路电源的频率并与旁路电源同步，当旁路电源超出正常范围时，逆变器放弃跟踪，转为自动调整输出频率。

2.2 直流运行方式

当主路380 V 交流电源输入电压下降或充电器故障时，系统自动切换至第二路电源LAB 220 V 直流系统供给， 此种切换不会对下游负荷的运行造成干扰。 此时供电方式如下：直流输入电源不需要经过充电器， 直接由逆变器变为交流电源通过静态开关EA经出线柜提供给下游负荷。

2.3 旁路变压器运行方式

当第二路电源即直流电源再失去时， 逆变器输出电压消失， 静态高速开关EA 自动的切换到EN 供电（即EA 断开，EN 导通）， 此时就由旁路电源通过旁路变压器降压后经过EN 向下游负荷供电，从逆变器输出电流消失到切换至旁路电源，总切换时间小于5 ms，不会对下游负荷造成影响。

2.4 手动旁路运行方式

在机组正常工况下，如需隔离UPS 但又不能使下游负荷失电时， 需要通过一个3 位置手动旁路开关（开关具有在切换过程中先通后断的性能） 切换至旁路电源供电，切换后可停运UPS 装置。 但需要注意的是，此时旁路电源一旦故障失去，下游负荷将立刻失去电源。

UPS 装置的不间断供电方式的原理就在于以上4 种供电方式的切换，将电源经过充电器和逆变器后变为品质更为稳定的交流电源。为什么不将市电的交流电源直接供给负荷呢？这是因为市电电源的品质变化较大，可能导致负荷运行中出现波动。 将市电电源经过UPS 装置，则输出电源品质会大为改善，经过逆变器后输出电源电压变化范围为+1%～-1%额定电压、频率为+0.05%～-0.05%额定频率，从而达到稳定运行的目的。

UPS 的运行除第一种运行方式外，其他几种方式都为非正常运行方式，在非正常方式下运行的时间应尽量短，正常运行时逆变器跟踪旁路电源的频率并与旁路电源同步，因此，旁路电源的电压频率就是充电器的输入电压频率， 当旁路电源超出正常范围时，就表明旁路输入电源故障，逆变器放弃跟踪，转为自动调整输出频率。

3 常规岛U P S 装置运行过程中出现的问题及改进措施

常规岛UPS 装置自投运以来， 总体运行良好，但也出现过几次异常导致汽轮机停机和反应堆停堆严重后果。

事件一：2012年3月3日3LNQ 卡件故障导致逆变器输出丧失但又没有切换至旁路电源供电。

事件二：2012年10月20日3LNQ 逆变器故障，且未能切换到旁路带载，导致3LNQ 配电盘再次失电。

鉴于3LNQ 曾出现的自动关机事件，建议将逆变器软件升级为SP6。 SP6 比原软件SP5 采样记录时间更短， 具有更好的记录事件能力； SP6 软件可以记录更短的时间事件，同时可以检测记录设备内外发生的事件，有利于故障分析，并具有对软件校验和定期检查功能。

4 结语

经过本文的分析，可得出以下结论：

（1）UPS 装置在原理上能够实现不间断供电，但这是建立在设备的高可靠性上。如果关键设备故障，在紧急的情况下就不能实现对重要负荷不间断的供电。

（2） 应该及时关注厂家对UPS 设备的升级情况，将我厂UPS 系统的配置（包括软件和硬件）提高到最新的要求，以应对可能发生的未知故障。

（3）在大修期间，对静态开关EA 和EN 之间的切换进行试验，以验证它们之间切换的可靠性，本文认为试验是必要的可行的。