浅谈火电厂不间断电源切换试验

许庭升

（华阳电业有限公司厦门分公司，福建 厦门 361013）

1 UPS切换试验的目的

在线式交流不间断电源装置（以下简称UPS）一般由整流器、逆变器、蓄电池组、静态转换开关等部件组成，在外部交流输入电源故障或消失时能维持下游负载供电连续性的电源设备。

国内某沿海7×600MW大型燃煤火力发电厂各机组依设计要求配置2台及以上在线式UPS，主要为机组80kVA UPS（专供除DCS系统外重要负荷使用）和热工30kVA UPS（专供DCS系统使用），均采用中达电通产品，型号分别为GESNT80K（80kVA，输出电压380VAC、配置200AH蓄电池组）、GES-NT30K（30kVA，输出电压220VAC、配置100AH蓄电池组），UPS正常供电模式如图1所示。这2台UPS接带机组重要控制系统负荷如分散式控制系统DCS、重要PLC系统、重要计算机类及其他控制系统等，UPS的可靠安全运行显得尤为重要，因此电厂专门要求结合各机组定检须进行各机组UPS切换测试，验证UPS各项性能完好性，如果发现异常及时排查处理，降低机组运行中突发重要UPS故障风险，保障机组安全运行。

图1 UPS正常供电模式图

2 UPS切换试验及异常处理

UPS试验前各项准备工作说明如下。1） 由试验单位人员提交试验方案给各方并进行技术交底。2） 检修部门开立发电厂电气第二种工作票，并经运行部门做好安全措施许可后方可进行。3） 运行部在许可前通知UPS负载各用户试验的时间及可能存在短时失电的风险，做好各项风险预防措施。4） 由试验单位人员将要试验的UPS主电源输入电压、整流器输出直流电压、UPS输出交流电压、UPS输出交流电流4个模拟量接入录波器准备就绪，为便于及时录波，各步试验开始指令由试验单位人员下达给运行人员操作。5）UPS上的操作由运行人员在操作前跟DCS盘上运行监视人员共同确认后操作，并核对UPS操作后的DCS画面报警信息是否跟现场一致，并做好记录。6） 记录UPS输出各相带载情况（各相负载电流及百分比）。下面以2021年3号机组定检时机组80kVA UPS（输入输出均为3相4线制）切换试验为例进行试验方法说明及相关异常情况分析。

2.1 UPS控制面板上手动切换试验

图2 （手动）主电源切换至备用电源

旁路备用电源供电切回至主电源供电试验：启动录在仪器上观察波形，如图3所示。UPS切换过程输出电压波形连续无间断，输出电流波形略有波动、现场设备无相关失电异常、DCS画面无相关设备失电报警异常，此时UPS送至DCS报警应均复位即无报警。

图3 （手动）备用电源切回主电源

2.2 自动切换试验及异常处理

UPS主电源自动切至蓄电组供电：启动录波器，断开UPS主电源开关CB1，整流器停止工作，自动切换至直流侧蓄电池组带逆变器供电，录波后在仪器上观察波形，如图4所示。UPS切换过程输出电压和电流波形均连续无间断，现场设备无相关失电异常、DCS画面无相关设备失电报警异常，此时UPS送至DCS报警应为：UPS异常、UPS电池供电。

UPS蓄电组供电自动切至旁路备用电源供电及异常处理：接上步，断开蓄电池组开关CB5，逆变器停止工作自动切换至旁路备用电源供电，因UPS内部DC电容（内有9个3300μF电容）作用，直流DC电压波形是缓慢下降并影响切换至旁路备用电源前电压波形的变化，录波器截图抓取切换至备用电源前的电压变化幅值及持续时间（可记录直流DC电容性能变化趋势），切换波形如图5所示。UPS切换过程输出电压波形连续无间断，输出线电压峰值由525.6V降至465.5V，换算至相电压有效值由214.6V降至190.1V（下降-11.4%），持续340.58ms后输出电压波形转为旁路备用电源电压波形，输出电流波形略有波动，检查发现精处理PLC系统出现宕机现象，且DCS画面报出多条精处理PLC系统相关异常报警，现场及DCS画面上其他设备无相关失电异常及报警，此时UPS送至DCS报警应为UPS异常、UPS旁路市电供电、UPS电池低电压。

经排查发现该PLC为早期进口AB-PLC5系列、已投用超20年、电源模块内的电容等器件可能存在性能下降情形，该电源模块适应性差（查模块铭牌仅标明220 VAC），若遇电源电压波动易引起控制器、I/O模块宕机。经整改该PLC系统升级更换为进口ControLigx5000新款PLC，配置的电源模块输入电压范围为120VAC~240VAC，重新进行上述UPS试验，UPS录波波形跟上次比较无基本变化，现场设备无相关失电异常。通过该试验可发现UPS负载设备电源模块适应性变差等异常。

主电源送电后的UPS自恢复功能试验：在完成上述切换试验后，依次合上UPS主电源开关CB1、待UPS直流DC母线电压恢复后再合上蓄电池组开关CB5，启动整流器和逆变器，静态开关STS自动将UPS从旁路备用电源切换至正常逆变器输出供电。UPS切换过程输出电压波形连续无间断，输出电流波形略有波动、现场设备无相关失电异常，DCS画面无相关设备失电报警异常。

3 UPS切换试验规范要求

上述厂牌UPS切换试验中在断开UPS主电源情况下，UPS蓄电组供电自动切至旁路备用电源供电，输出电压波形连续无间断（即切换时间0ms），但出现-11.4%较大瞬时电压变化，应注意各负载运行情况，其他切换情形输出电压波形连续无间断（即切换时间0ms）且幅值变化较小，符合UPS相关规程、规范以及厂家要求：逆变器供电切换至旁路供电（如图2~图5所示，均为0ms）或从旁路供电切换至逆变器供电时输出电压波形（如图3，0ms）测算切换时间小于5ms；主电源切换至蓄电池供电的切换时间符合0ms要求（如图4，0ms）。结合标准、规范、厂家资料及参考文献，说明如下。

图4 （自动）主电源切至蓄电池

图5 （自动）蓄电池切至备用电源

根据《DLT 5491-2014电力工程交流不间断电源系统设计技术规程》（第2.0.7、2.0.10及9.3.1条）和《GB50660-2011大中型火力发电厂设计规范》（第16.4.11条）相关UPS要求，逆变器供电切换至旁路备用电源供电的电子快速转换开关切换时间不应大于5ms（1/4周波），切换时间指从逆变器供电切换至旁路供电或从旁路供电切换至逆变器供电所需要的时间。

根据《YD/T 1095-2018 通信用交流不间断电源（UPS）》相关UPS要求（第4.3.14），通过示波器UPS输出电压波形变化情况测量切换时间：在线式UPS主电源切换至蓄电池切换时间要求在0ms；容量大于10kVA通信类UPS要求逆变器与旁路电源间切换时间要小于4ms，要求高于火电厂设计规范5ms标准。

通过联系厂家了解到该型号UPS实测信息为主电源与蓄电池之间供电切换时间均为0ms（厂家标准要求小于4ms；主电源输入为额定电压且负载率为50%情况下测试，现场测试该情形比较难模拟）；逆变器切旁路备用电源供电切换时间为0.64ms（厂家标准要求小于4ms）、旁路备用电源切逆变器供电时间为0ms（厂家标准要求小于4ms）。

通过查询相关参考文献，在线式UPS在主电源供电和蓄电池供电情况下，都是将上述上级电源电压转为中间直流DC电压，且UPS内部正常均配置有较大的多个DC直流电解电容，因此UPS一般主电源与蓄电池之间切换时间均为0ms。当逆变器转旁路备用电源时，在线式UPS输出电压波形一般不会有断点，但输出电压波形幅值会有瞬时变化，测试时可采用手动控制切换至旁路（如图5切换方式）或者模拟超载，不应采用关断逆变器方式切换至旁路。当旁路备用电源转逆变器供电时，相当于UPS内部逆变器突然加载，UPS输出电压波形可能会有约±10%的变化。

4 结语

上述电厂机组UPS切换试验方法及注意事项还需要在后续实践过程中不断持续修正和完善，试验过程尽量多抓取输入及输出电压、输出电流波形变化幅值及持续时间，并建立好各台UPS历次切换试验报告台账（附录波波形相关数据分析）。同时也有利于UPS针对性保养，如分析切换过程中UPS直流电压及输出电压幅值和持续时间变化情况，侧面表征出UPS切换性能的变化趋势，同时提醒设备保养人员加强UPS内部DC电解电容定期性能测试及更换、冷却风扇等部件定期更换、内部清灰等定保措施，这一项目建议委托专业设备厂家执行，以及后续适时进行UPS汰旧更新升级等。另外UPS切换试验尽量采用具备存储功能的录波型仪器，便于试验后数据快速分析并节省测试时间。