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浅谈大中功率UPS的输入配电改造

时间:2009-10-14 12:49 来源:未知 作者:编辑部
【摘要】一、一起典型案例的发生过程和技术分析 某日某电力机房发出嗵的一声响,值班人员立即进行查看,发现该机房功率为130KVA的UPS电源并机冗余供电系统发生故障,供电系统框图如下所示。两台UPS显示屏无显示、输出指示灯熄灭,设备没有运行声音,所有负载设备已经......

一、一起典型案例的发生过程和技术分析

    某日某电力机房发出“嗵”的一声响,值班人员立即进行查看,发现该机房功率为130KVA的UPS电源并机冗余供电系统发生故障,供电系统框图如下所示。两台UPS显示屏无显示、输出指示灯熄灭,设备没有运行声音,所有负载设备已经断电停机。进一步检查后发现UPS 2#机Kb(315A)输入空开、接UPS系统交流屏的Kc(400A)配电空开、交流屏上一级的低压配电室Kd(400A)空开及UPS 2#机蓄电池组CB2直流保护空开全部跳闸。

    技术人员通过采取应急措施恢复供电后,打开机器的防护外壳,对电路逐一检查,发现其整流器的正负半桥均有一只可控硅击穿,逆变器的正负半桥均有一只IGBT击穿,逆变器的熔断器保险损坏,整流输出直流母排有严重短路打火痕迹。更换损坏部件后,加电试机,设备恢复正常,故障处理结束。

    此次故障从设备损坏的表象来看,整流输出直流母排间隔非常小,所带的都是直流高压电,因此,机内积尘引发此处短路、打火,造成主要功率部件烧坏、系统宕机。但是从UPS技术理论上讲,UPS不应该因自身局部故障导致系统供电停止,尤其是并机冗余系统,是目前最科学、最安全、最可靠的供电方案。那么,是什么原因导致系统输出断电呢?

    不难看出,UPS 2#机Kb(315A)输入空开、接UPS系统的交流屏的Kc(400A)配电空开、接交流屏的配电室的Kd(400A)空开共三级相继跳闸,尤其是接交流屏的配电室400A开关跳闸是导致并机冗余系统输出断电的直接原因。下面,根据UPS 1#机当时的事件记录作进一步分析。

     a.18:08:22:290  NOTICE:OUTPUT AC UNDER VOLTAGE (出现输出交流欠压问题)其原因是因为所并联的UPS 因逆变器短路造成并联点输出电压下降。
     b.18:08:22:356  NOTICE:INPUT AC UNDER VOLTAGE(出现输入交流欠压问题)其原因是因为图1-1 400A开关跳闸引起UPS1、2输入交流电压丢失。
     c.18:08:22:356  RECTIFIER  OFF(整流器关机)原因是整流器因输入无电而关机
     d.18:08:22:374  NOTICE:BYPASS  AC  UNDER VOLTAGE(旁路电压低)原因是UPS1、2发现旁路电压丢失即输入无市电。

    根据UPS的工作原理,可以知道当第一条告警情况发生时,因为短路产生严重超载,UPS1#机后备蓄电池组和逆变电路不可以投入工作,系统将无条件向市电旁路切换,但由于图1-1 400A开关已跳开,旁路掉电,系统无法转到旁路,导致断电。

    二、改造方案简介
    UPS输入一般分为主路输入和旁路输入(旁路输入具体由分自动旁路和手动旁路),在早期UPS工程中,由于未能充分理解UPS的工作原理与市电输入方式的关系,没有对UPS主输入和自动旁路输入作隔离要求,因而两个输入都是由同一个交流配电屏空开引入,机器内部作连接处理。此接法存在严重的“单点故障”隐患,当设备内部短路,产生严重过载,导致主输入空开跳闸,共用同一空开的自动旁路将同时失效,造成负载断电事故。

    技术人员已经及时就此进行了配电整改工作,将UPS内部整流输入与自动旁路输入的跳线拆掉,使UPS由单输入变为双输入,即使UPS的送电线路由一路改为二路,分别通过两只空开向UPS整流和自动旁路送电。从而避免整流输入开关故障跳闸后UPS不能转旁路的问题。

    为了规范UPS的配电系统,使其更为合理,同时解决UPS内部短路故障后旁路同时失效问题,从而提高系统的安全性,我们认为应对在网运行的所有大中功率UPS实施输入配电改造,包括单机、双机并机、双机串机。

    三、具体改造方案介绍

    1、单机UPS系统改造方案

    UPS单机 标准配置的UPS只有一路电缆输入,其主路输入和旁路输入是并接在一起的:
一路电源输入方式

    改造后的接线,系统改造需多加一路3相输入电缆,作为主路输入,多加一个输入开关,作为主路输入开关,原三相四线输入电缆留作为旁路输入。可以看出,改造后的接线方式切断了主、旁路输入的直接联系,从而大大提高了系统的可靠性。
 
     两路电源输入方式

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    2、并机UPS系统改造方案
    UPS并机系统如图3-4所示:两台UPS输入均取自市电电网,因此两台UPS均需要进行改造,每台UPS的改造方式与UPS单机系统相同。
    系统改造需系统改造需多加两路3相输入电缆,作为两台UPS主路输入,多加两个输入开关,作为两台UPS的主路输入开关,原两路三相四线输入电缆留作为旁路输入。图3-3  并联UPS接线原理图
    3、串联热备份UPS系统改造方案
       串联热备份UPS系统接线如图3-4所示:主机与从机的主路输入均取自市电电网,但主机旁路输入取自从机的输出。因此主机不需要改造,从机的改造方式与UPS单机系统相同。
    系统改造需多加一路3相输入电缆,作为从机主路输入,多加一个输入开关,作为两台UPS的主路输入开关,原三相

 
四线输入电缆及输入开关仍作为旁路输入。考虑到UPS串机系统将来要改造成并机系统,需再多加一组三相输入电缆及输入开关,以做备用。
 
    四、配电改造的实施情况和效果

    我公司在各级领导的支持和厂家的密切配合下,所有大中功率UPS配电均按预定方案实施了配电改造。工程涉及UPS系统24个,共计41台UPS,其中25台需进行主、旁路分离改造,另14台为串联热备份系统的主机,本工程提供备用输入回路,作为串机系统改为并机系统后使用。改造所涉及的UPS品牌型号如下:
    EXIDE 9305 20K单机系统
    EXIDE 9305 20K 1+1串机系统
    EXIDE 9305 20K 1+1并机系统
    LIEBERT UL33-0300L 1+1并机系统