淺談大中功率UPS的輸入配電改造(圖)
2005/7/5 11:53:16
艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司 供稿
摘 要：結(jié)合一起大中功率UPS雙機(jī)并聯(lián)冗余系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致斷電事故的案例分析和隱患整改工作，主要介紹了大中功率UPS的輸入配電改造的必要性、可行性以及改造中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)問題。
關(guān)鍵詞：UPS；主路輸入和旁路輸入；隔離要求
一、一起典型案例的發(fā)生過程和技術(shù)分析
某日某電力機(jī)房發(fā)出“嗵”的一聲響，值班人員立即進(jìn)行查看，發(fā)現(xiàn)該機(jī)房功率為130KVA的UPS電源并機(jī)冗余供電系統(tǒng)發(fā)生故障，供電系統(tǒng)框圖如下所示。兩臺(tái)UPS顯示屏無顯示、輸出指示燈熄滅，設(shè)備沒有運(yùn)行聲音，所有負(fù)載設(shè)備已經(jīng)斷電停機(jī)。進(jìn)一步檢查后發(fā)現(xiàn)UPS 2＃機(jī)Kb（315A）輸入空開、接UPS系統(tǒng)交流屏的Kc（400A）配電空開、交流屏上一級(jí)的低壓配電室Kd（400A）空開及UPS 2＃機(jī)蓄電池組CB2直流保護(hù)空開全部跳閘。
技術(shù)人員通過采取應(yīng)急措施恢復(fù)供電后，打開機(jī)器的防護(hù)外殼，對(duì)電路逐一檢查,發(fā)現(xiàn)其整流器的正負(fù)半橋均有一只可控硅擊穿，逆變器的正負(fù)半橋均有一只IGBT擊穿，逆變器的熔斷器保險(xiǎn)損壞，整流輸出直流母排有嚴(yán)重短路打火痕跡。更換損壞部件后，加電試機(jī)，設(shè)備恢復(fù)正常，故障處理結(jié)束。
此次故障從設(shè)備損壞的表象來看，整流輸出直流母排間隔非常小，所帶的都是直流高壓電，因此，機(jī)內(nèi)積塵引發(fā)此處短路、打火，造成主要功率部件燒壞、系統(tǒng)宕機(jī)。但是從UPS技術(shù)理論上講，UPS不應(yīng)該因自身局部故障導(dǎo)致系統(tǒng)供電停止，尤其是并機(jī)冗余系統(tǒng)，是目前最科學(xué)、最安全、最可靠的供電方案。那么，是什么原因?qū)е孪到y(tǒng)輸出斷電呢？
不難看出，UPS 2＃機(jī)Kb（315A）輸入空開、接UPS系統(tǒng)的交流屏的Kc（400A）配電空開、接交流屏的配電室的Kd（400A）空開共三級(jí)相繼跳閘，尤其是接交流屏的配電室400A開關(guān)跳閘是導(dǎo)致并機(jī)冗余系統(tǒng)輸出斷電的直接原因。下面，根據(jù)UPS 1＃機(jī)當(dāng)時(shí)的事件記錄作進(jìn)一步分析。
a．18：08：22：290 NOTICE：OUTPUT AC UNDER VOLTAGE （出現(xiàn)輸出交流欠壓?jiǎn)栴}）其原因是因?yàn)樗⒙?lián)的UPS 因逆變器短路造成并聯(lián)點(diǎn)輸出電壓下降。
b．18：08：22：356 NOTICE：INPUT AC UNDER VOLTAGE（出現(xiàn)輸入交流欠壓?jiǎn)栴}）其原因是因?yàn)閳D1-1 400A開關(guān)跳閘引起UPS1、2輸入交流電壓丟失。
c．18：08：22：356 RECTIFIER OFF（整流器關(guān)機(jī)）原因是整流器因輸入無電而關(guān)機(jī)
d．18：08：22：374 NOTICE：BYPASS AC UNDER VOLTAGE（旁路電壓低）原因是UPS1、2發(fā)現(xiàn)旁路電壓丟失即輸入無市電。
根據(jù)UPS的工作原理，可以知道當(dāng)?shù)谝粭l告警情況發(fā)生時(shí)，因?yàn)槎搪樊a(chǎn)生嚴(yán)重超載，UPS1＃機(jī)后備蓄電池組和逆變電路不可以投入工作，系統(tǒng)將無條件向市電旁路切換，但由于圖1-1 400A開關(guān)已跳開，旁路掉電，系統(tǒng)無法轉(zhuǎn)到旁路，導(dǎo)致斷電。
二、改造方案簡(jiǎn)介
UPS輸入一般分為主路輸入和旁路輸入（旁路輸入具體由分自動(dòng)旁路和手動(dòng)旁路），在早期UPS工程中，由于未能充分理解UPS的工作原理與市電輸入方式的關(guān)系，沒有對(duì)UPS主輸入和自動(dòng)旁路輸入作隔離要求，因而兩個(gè)輸入都是由同一個(gè)交流配電屏空開引入，機(jī)器內(nèi)部作連接處理，如圖1-1 的供電方式。此接法存在嚴(yán)重的“單點(diǎn)故障”隱患，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部短路，產(chǎn)生嚴(yán)重過載，導(dǎo)致主輸入空開跳閘，共用同一空開的自動(dòng)旁路將同時(shí)失效，造成負(fù)載斷電事故。
技術(shù)人員已經(jīng)及時(shí)就此進(jìn)行了配電整改工作，將UPS內(nèi)部整流輸入與自動(dòng)旁路輸入的跳線拆掉，使UPS由單輸入變?yōu)殡p輸入，即使UPS的送電線路由一路改為二路，分別通過兩只空開向UPS整流和自動(dòng)旁路送電，見圖1-2 所示。從而避免整流輸入開關(guān)故障跳閘后UPS不能轉(zhuǎn)旁路的問題。
為了規(guī)范UPS的配電系統(tǒng)，使其更為合理，同時(shí)解決UPS內(nèi)部短路故障后旁路同時(shí)失效問題，從而提高系統(tǒng)的安全性，我們認(rèn)為應(yīng)對(duì)在網(wǎng)運(yùn)行的所有大中功率UPS實(shí)施輸入配電改造，包括單機(jī)、雙機(jī)并機(jī)、雙機(jī)串機(jī)。
三、具體改造方案介紹
1、單機(jī)UPS系統(tǒng)改造方案
UPS單機(jī)系統(tǒng)如圖3-1所示，標(biāo)準(zhǔn)配置的UPS只有一路電纜輸入，其主路輸入和旁路輸入是并接在一起的：
改造后的接線如圖3-2所示，系統(tǒng)改造需多加一路3相輸入電纜，作為主路輸入，多加一個(gè)輸入開關(guān)，作為主路輸入開關(guān)，原三相四線輸入電纜留作為旁路輸入。可以看出，改造后的接線方式切斷了主、旁路輸入的直接聯(lián)系，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
2、并機(jī)UPS系統(tǒng)改造方案
UPS并機(jī)系統(tǒng)如圖3-4所示：兩臺(tái)UPS輸入均取自市電電網(wǎng)，因此兩臺(tái)UPS均需要進(jìn)行改造，每臺(tái)UPS的改造方式與UPS單機(jī)系統(tǒng)相同。
系統(tǒng)改造需系統(tǒng)改造需多加兩路3相輸入電纜，作為兩臺(tái)UPS主路輸入，多加兩個(gè)輸入開關(guān)，作為兩臺(tái)UPS的主路輸入開關(guān)，原兩路三相四線輸入電纜留作為旁路輸入。圖3-3 并聯(lián)UPS接線原理圖
3、串聯(lián)熱備份UPS系統(tǒng)改造方案
串聯(lián)熱備份UPS系統(tǒng)接線如圖3-4所示：主機(jī)與從機(jī)的主路輸入均取自市電電網(wǎng)，但主機(jī)旁路輸入取自從機(jī)的輸出。因此主機(jī)不需要改造，從機(jī)的改造方式與UPS單機(jī)系統(tǒng)相同。
系統(tǒng)改造需多加一路3相輸入電纜，作為從機(jī)主路輸入，多加一個(gè)輸入開關(guān)，作為兩臺(tái)UPS的主路輸入開關(guān)，原三相四線輸入電纜及輸入開關(guān)仍作為旁路輸入。考慮到UPS串機(jī)系統(tǒng)將來要改造成并機(jī)系統(tǒng)，需再多加一組三相輸入電纜及輸入開關(guān)，以做備用。
四、配電改造的實(shí)施情況和效果
我公司在各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的支持和廠家的密切配合下，所有大中功率UPS配電均按預(yù)定方案實(shí)施了配電改造。工程涉及UPS系統(tǒng)24個(gè)，共計(jì)41臺(tái)UPS，其中25臺(tái)需進(jìn)行主、旁路分離改造，另14臺(tái)為串聯(lián)熱備份系統(tǒng)的主機(jī)，本工程提供備用輸入回路，作為串機(jī)系統(tǒng)改為并機(jī)系統(tǒng)后使用。改造所涉及的UPS品牌型號(hào)如下：
EXIDE 9305 20K單機(jī)系統(tǒng)
EXIDE 9305 20K 1+1串機(jī)系統(tǒng)
EXIDE 9305 20K 1+1并機(jī)系統(tǒng)
LIEBERT UL33-0300L 1+1并機(jī)系統(tǒng)
LIEBERT UL33-0600L 1+1并機(jī)系統(tǒng)
雷諾士80KVA單機(jī)系統(tǒng)
景龍 20KVA 1+1并機(jī)系統(tǒng)
先控20K 1+1并機(jī)系統(tǒng)
改造的成功實(shí)施，將大大增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)能源設(shè)備的穩(wěn)定和安全性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)配電安全有著深遠(yuǎn)的意義。
此項(xiàng)工作屬于對(duì)在網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備實(shí)施帶電改造，安全責(zé)任重大，實(shí)施難度大，分工界面復(fù)雜，而且據(jù)了解在業(yè)界尚屬首次，沒有經(jīng)驗(yàn)可借鑒，艾默生公司承接了此項(xiàng)改造任務(wù)后，經(jīng)過周密勘察、精心設(shè)計(jì)，出臺(tái)了科學(xué)的實(shí)施方案，改造中付出了辛苦勞動(dòng)，所有改造都是一次成功！
作者：河北移動(dòng)通信有限責(zé)任公司網(wǎng)絡(luò)部 高健
關(guān)鍵詞：UPS；主路輸入和旁路輸入；隔離要求
一、一起典型案例的發(fā)生過程和技術(shù)分析
某日某電力機(jī)房發(fā)出“嗵”的一聲響，值班人員立即進(jìn)行查看，發(fā)現(xiàn)該機(jī)房功率為130KVA的UPS電源并機(jī)冗余供電系統(tǒng)發(fā)生故障，供電系統(tǒng)框圖如下所示。兩臺(tái)UPS顯示屏無顯示、輸出指示燈熄滅，設(shè)備沒有運(yùn)行聲音，所有負(fù)載設(shè)備已經(jīng)斷電停機(jī)。進(jìn)一步檢查后發(fā)現(xiàn)UPS 2＃機(jī)Kb（315A）輸入空開、接UPS系統(tǒng)交流屏的Kc（400A）配電空開、交流屏上一級(jí)的低壓配電室Kd（400A）空開及UPS 2＃機(jī)蓄電池組CB2直流保護(hù)空開全部跳閘。
技術(shù)人員通過采取應(yīng)急措施恢復(fù)供電后，打開機(jī)器的防護(hù)外殼，對(duì)電路逐一檢查,發(fā)現(xiàn)其整流器的正負(fù)半橋均有一只可控硅擊穿，逆變器的正負(fù)半橋均有一只IGBT擊穿，逆變器的熔斷器保險(xiǎn)損壞，整流輸出直流母排有嚴(yán)重短路打火痕跡。更換損壞部件后，加電試機(jī)，設(shè)備恢復(fù)正常，故障處理結(jié)束。
此次故障從設(shè)備損壞的表象來看，整流輸出直流母排間隔非常小，所帶的都是直流高壓電，因此，機(jī)內(nèi)積塵引發(fā)此處短路、打火，造成主要功率部件燒壞、系統(tǒng)宕機(jī)。但是從UPS技術(shù)理論上講，UPS不應(yīng)該因自身局部故障導(dǎo)致系統(tǒng)供電停止，尤其是并機(jī)冗余系統(tǒng)，是目前最科學(xué)、最安全、最可靠的供電方案。那么，是什么原因?qū)е孪到y(tǒng)輸出斷電呢？
不難看出，UPS 2＃機(jī)Kb（315A）輸入空開、接UPS系統(tǒng)的交流屏的Kc（400A）配電空開、接交流屏的配電室的Kd（400A）空開共三級(jí)相繼跳閘，尤其是接交流屏的配電室400A開關(guān)跳閘是導(dǎo)致并機(jī)冗余系統(tǒng)輸出斷電的直接原因。下面，根據(jù)UPS 1＃機(jī)當(dāng)時(shí)的事件記錄作進(jìn)一步分析。
a．18：08：22：290 NOTICE：OUTPUT AC UNDER VOLTAGE （出現(xiàn)輸出交流欠壓?jiǎn)栴}）其原因是因?yàn)樗⒙?lián)的UPS 因逆變器短路造成并聯(lián)點(diǎn)輸出電壓下降。
b．18：08：22：356 NOTICE：INPUT AC UNDER VOLTAGE（出現(xiàn)輸入交流欠壓?jiǎn)栴}）其原因是因?yàn)閳D1-1 400A開關(guān)跳閘引起UPS1、2輸入交流電壓丟失。
c．18：08：22：356 RECTIFIER OFF（整流器關(guān)機(jī)）原因是整流器因輸入無電而關(guān)機(jī)
d．18：08：22：374 NOTICE：BYPASS AC UNDER VOLTAGE（旁路電壓低）原因是UPS1、2發(fā)現(xiàn)旁路電壓丟失即輸入無市電。
根據(jù)UPS的工作原理，可以知道當(dāng)?shù)谝粭l告警情況發(fā)生時(shí)，因?yàn)槎搪樊a(chǎn)生嚴(yán)重超載，UPS1＃機(jī)后備蓄電池組和逆變電路不可以投入工作，系統(tǒng)將無條件向市電旁路切換，但由于圖1-1 400A開關(guān)已跳開，旁路掉電，系統(tǒng)無法轉(zhuǎn)到旁路，導(dǎo)致斷電。
二、改造方案簡(jiǎn)介
UPS輸入一般分為主路輸入和旁路輸入（旁路輸入具體由分自動(dòng)旁路和手動(dòng)旁路），在早期UPS工程中，由于未能充分理解UPS的工作原理與市電輸入方式的關(guān)系，沒有對(duì)UPS主輸入和自動(dòng)旁路輸入作隔離要求，因而兩個(gè)輸入都是由同一個(gè)交流配電屏空開引入，機(jī)器內(nèi)部作連接處理，如圖1-1 的供電方式。此接法存在嚴(yán)重的“單點(diǎn)故障”隱患，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部短路，產(chǎn)生嚴(yán)重過載，導(dǎo)致主輸入空開跳閘，共用同一空開的自動(dòng)旁路將同時(shí)失效，造成負(fù)載斷電事故。
技術(shù)人員已經(jīng)及時(shí)就此進(jìn)行了配電整改工作，將UPS內(nèi)部整流輸入與自動(dòng)旁路輸入的跳線拆掉，使UPS由單輸入變?yōu)殡p輸入，即使UPS的送電線路由一路改為二路，分別通過兩只空開向UPS整流和自動(dòng)旁路送電，見圖1-2 所示。從而避免整流輸入開關(guān)故障跳閘后UPS不能轉(zhuǎn)旁路的問題。
為了規(guī)范UPS的配電系統(tǒng)，使其更為合理，同時(shí)解決UPS內(nèi)部短路故障后旁路同時(shí)失效問題，從而提高系統(tǒng)的安全性，我們認(rèn)為應(yīng)對(duì)在網(wǎng)運(yùn)行的所有大中功率UPS實(shí)施輸入配電改造，包括單機(jī)、雙機(jī)并機(jī)、雙機(jī)串機(jī)。
三、具體改造方案介紹
1、單機(jī)UPS系統(tǒng)改造方案
UPS單機(jī)系統(tǒng)如圖3-1所示，標(biāo)準(zhǔn)配置的UPS只有一路電纜輸入，其主路輸入和旁路輸入是并接在一起的：
改造后的接線如圖3-2所示，系統(tǒng)改造需多加一路3相輸入電纜，作為主路輸入，多加一個(gè)輸入開關(guān)，作為主路輸入開關(guān)，原三相四線輸入電纜留作為旁路輸入。可以看出，改造后的接線方式切斷了主、旁路輸入的直接聯(lián)系，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
2、并機(jī)UPS系統(tǒng)改造方案
UPS并機(jī)系統(tǒng)如圖3-4所示：兩臺(tái)UPS輸入均取自市電電網(wǎng)，因此兩臺(tái)UPS均需要進(jìn)行改造，每臺(tái)UPS的改造方式與UPS單機(jī)系統(tǒng)相同。
系統(tǒng)改造需系統(tǒng)改造需多加兩路3相輸入電纜，作為兩臺(tái)UPS主路輸入，多加兩個(gè)輸入開關(guān)，作為兩臺(tái)UPS的主路輸入開關(guān)，原兩路三相四線輸入電纜留作為旁路輸入。圖3-3 并聯(lián)UPS接線原理圖
3、串聯(lián)熱備份UPS系統(tǒng)改造方案
串聯(lián)熱備份UPS系統(tǒng)接線如圖3-4所示：主機(jī)與從機(jī)的主路輸入均取自市電電網(wǎng)，但主機(jī)旁路輸入取自從機(jī)的輸出。因此主機(jī)不需要改造，從機(jī)的改造方式與UPS單機(jī)系統(tǒng)相同。
系統(tǒng)改造需多加一路3相輸入電纜，作為從機(jī)主路輸入，多加一個(gè)輸入開關(guān)，作為兩臺(tái)UPS的主路輸入開關(guān)，原三相四線輸入電纜及輸入開關(guān)仍作為旁路輸入。考慮到UPS串機(jī)系統(tǒng)將來要改造成并機(jī)系統(tǒng)，需再多加一組三相輸入電纜及輸入開關(guān)，以做備用。
四、配電改造的實(shí)施情況和效果
我公司在各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的支持和廠家的密切配合下，所有大中功率UPS配電均按預(yù)定方案實(shí)施了配電改造。工程涉及UPS系統(tǒng)24個(gè)，共計(jì)41臺(tái)UPS，其中25臺(tái)需進(jìn)行主、旁路分離改造，另14臺(tái)為串聯(lián)熱備份系統(tǒng)的主機(jī)，本工程提供備用輸入回路，作為串機(jī)系統(tǒng)改為并機(jī)系統(tǒng)后使用。改造所涉及的UPS品牌型號(hào)如下：
EXIDE 9305 20K單機(jī)系統(tǒng)
EXIDE 9305 20K 1+1串機(jī)系統(tǒng)
EXIDE 9305 20K 1+1并機(jī)系統(tǒng)
LIEBERT UL33-0300L 1+1并機(jī)系統(tǒng)
LIEBERT UL33-0600L 1+1并機(jī)系統(tǒng)
雷諾士80KVA單機(jī)系統(tǒng)
景龍 20KVA 1+1并機(jī)系統(tǒng)
先控20K 1+1并機(jī)系統(tǒng)
改造的成功實(shí)施，將大大增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)能源設(shè)備的穩(wěn)定和安全性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)配電安全有著深遠(yuǎn)的意義。
此項(xiàng)工作屬于對(duì)在網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備實(shí)施帶電改造，安全責(zé)任重大，實(shí)施難度大，分工界面復(fù)雜，而且據(jù)了解在業(yè)界尚屬首次，沒有經(jīng)驗(yàn)可借鑒，艾默生公司承接了此項(xiàng)改造任務(wù)后，經(jīng)過周密勘察、精心設(shè)計(jì)，出臺(tái)了科學(xué)的實(shí)施方案，改造中付出了辛苦勞動(dòng)，所有改造都是一次成功！
作者：河北移動(dòng)通信有限責(zé)任公司網(wǎng)絡(luò)部 高健
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