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　　0引言
　　
　　大、中型火力發(fā)電機組因機組自動化程度高，熱工微機控制系統(tǒng)對電源連續(xù)性要求很高，所以設(shè)計上均考慮為熱工微機控制系統(tǒng)配置交流不間斷電源（uninterruptiblepowersystems，UPS）。然而近年來，由于UPS系統(tǒng)故障停電造成機組停運的情況屢有發(fā)生，例如：2000年7月，陜西某電廠一臺100MW機組因UPS邏輯控制板故障停電造成機組停運；2002年5月，北京某電廠一臺200MW機組因UPS控制回路故障停電造成跳機；2002年3月，河北某電廠一臺300MW機組因UPS一路熱工負荷回路故障停電造成機組停運。UPS系統(tǒng)的頻繁故障已嚴重影響到大、中型火電機組的安全運行，應(yīng)引起各有關(guān)方面關(guān)注。本文針對以上案例進行原因綜合分析，圍繞國內(nèi)火電機組UPS在設(shè)計、產(chǎn)品質(zhì)量、維護管理上存在的諸多問題進行探討，提出了一些改進意見，希望對提高火電機組UPS供電可靠性起到一定借鑒和促進作用。
　　
　　1目前大、中型火電機組UPS供電可靠性方面存在的主要問題
　　
　　1.1大、中型火電機組UPS配置及負荷設(shè)計上存在的問題
　　
　　1.1.1配置設(shè)計無統(tǒng)一規(guī)范
　　
　　《電力工程設(shè)計手冊一電氣一次部分》[1]中對采用微機控制的火電機組UPS配置設(shè)計規(guī)定：UPS“設(shè)備可單臺運行，也可雙套運行”，所舉600MW機組UPS配置范例為單臺配置。DL5000-2000《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》[2]13.3.18條規(guī)定：“當機組采用計算機監(jiān)控時，應(yīng)按機組設(shè)置交流不停電電源，交流不停電電源宜采用靜態(tài)逆變裝置，不宜再設(shè)備用”。DL/T5153-2002《廠用技術(shù)規(guī)定》4.6.3條中有與DL5000-2000相同的規(guī)定。設(shè)計規(guī)范上的不統(tǒng)一造成國內(nèi)大、中型火電機組UPS配置出現(xiàn)各種不同方案，即使同容量機組的UPS配置方案也不盡相同。目前大、中型火電機組UPS配置歸納起來主要有以下幾類方案：
　　
　?。?）單臺機組單臺UPS的“一對一”配置方案；
　　
　?。?）單臺機組單臺UPS配置，但不同機組UPS并聯(lián)冗余運行（或相互備用自投）方案；
　　
　?。?）單臺機組多臺UPS配置，每臺UPS各帶一部分負荷并互備冗余方案；
　　
　?。?）單臺機組單臺UPS配置，同時，為二臺及以上機組配置一臺同容量的公用備用UPS，即“n+1”配置方案。
　　
　　具體工程采用哪一類配置方案，除取決于機組容量外，還受到設(shè)計思路、投資額、建設(shè)方意愿等因素影響。
　　
　　對于單臺機組單臺UPS的“一對一”配置方案，當UPS的部分重要熱工負荷沒有配置可靠的備用冗余電源時，一旦UPS裝置因輸出部分或控制回路故障而停電，必然導(dǎo)致機組故障停運。本文引言中前二個案例就屬于這種情況。
　　
　　1．1．2部分重要熱工負荷電源未按備用冗余設(shè)計
　　
　　UPS作為不間斷電源，通常認為其可靠性是很高的，電力用靜態(tài)逆變UPS一般如圖1所示。
　　
　　正常情況下UPS由機組PC供電。當PC中斷時，逆變器在機組蓄電池支持下繼續(xù)向負載提供毫無時間中斷的電源。若直流電源再有故障或裝置內(nèi)部逆變器故障，靜態(tài)開關(guān)1與靜態(tài)開關(guān)2進行快速（＜5ms）切換，轉(zhuǎn)由機組保安段供電。三路不同型式的獨立電源和兩組靜態(tài)開關(guān)共同構(gòu)成了UPS可靠的供電體系。然而UPS的監(jiān)測控制系統(tǒng)是公用的，它是UPS裝置的“神經(jīng)中樞”和指揮系統(tǒng)，該系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，如控制邏輯板或控制回路設(shè)備故障，將導(dǎo)致UPS整機故障停電。從這一點看UPS并非*意義上的“不間斷電源”，它也有故障的可能，只是故障的機率較低而已。另外，UPS母線負荷分支開關(guān)回路也有發(fā)生故障的可能，如引言中第三個案例。所以，為了防止機組UPS故障或UPS負荷開關(guān)回路故障，通常對UPS的重要熱工負荷電源設(shè)計備用冗余，如圖2所示：
　　
　　雙路電源是互相備用冗余的。可以快速（＜5ms）轉(zhuǎn)換，目前這種電源轉(zhuǎn)換在技術(shù)上是可以實現(xiàn)的。但實際中，往往由于對UPS供電可靠性過于相信以及設(shè)計分工方面的原因（UPS負荷開關(guān)以下的設(shè)計屬于熱工專業(yè)），有一些重要的熱工負荷只設(shè)計了UPS供電的單路電源，引言中第二、第三案例就屬于這種情況，或雖然設(shè)計了雙路互相備用冗余電源，但雙路均接在一組UPS負荷母線上，并未實現(xiàn)真正意義的備用冗余。引言中*個案例即為此種情況。這樣，當UPS故障停電或單路電源的負荷開關(guān)回路故障時，這部分重要負荷就因失電導(dǎo)致機組停運。
　　
　　1.2部分電力用UPS產(chǎn)品設(shè)計和質(zhì)量存在一定問題
　　
　　目前，大容量電力用靜態(tài)逆變UPS制造已達到相當水平。其監(jiān)測控制系統(tǒng)基本上為微機型，可以說是集電力電子、計算機技術(shù)為一體的高技術(shù)產(chǎn)品。但從投入運行的UPS看，不論進口或國產(chǎn)設(shè)備，都存在一些產(chǎn)品設(shè)計和質(zhì)量問題，主要有：
　　
　?。?）UPS邏輯控制板故障。主要是制造質(zhì)量方面的原因造成的。
　　
　　（2）UPS控制回路，包括各種元件、插件、連線、開關(guān)、按鈕等，個別產(chǎn)品也存在質(zhì)量問題。
　　
　?。?）目前絕大多數(shù)UPS的控制回路為單通道，沒有像勵磁調(diào)節(jié)器、部分重要保護那樣做到控制通道冗余。
　　
　　（4）一些元件、附件壽命與整機壽命相差很大，從而造成UPS整機故障率上升，壽命降低。
　　
　　1.3電力用大容量UPS維護管理方面存在的問題
　　
　　電力用UPS裝置作為應(yīng)用時間較短的電氣設(shè)備，專業(yè)管理上不像典型的電氣一、二次設(shè)備那樣有明確的專業(yè)歸口管理，也缺少統(tǒng)一、成熟的檢修維護管理規(guī)范和條例。目前，大多數(shù)電廠UPS屬電氣專業(yè)管理，但也有些電廠UPS屬于熱工專業(yè)管理。從設(shè)備結(jié)構(gòu)看，UPS內(nèi)部一、二次設(shè)備互相關(guān)聯(lián)交叉，小專業(yè)界面較難分清。再加上制造廠商“連續(xù)*運行XX年”、“免維護”等產(chǎn)品宣傳的共同影響，造成了UPS一些部件、元件乃至整機失修，甚至出現(xiàn)檢修維護工作上的死角。這是影響UPS供電可靠性的另一個主要因素。
　　
　　2針對大，中型火電機組UPS存在問題的幾點建議
　　
　　2.1大、中型火電機組UPS設(shè)計規(guī)劃方面的建議
　　
　?。?）完善、規(guī)范火電機組UPS規(guī)劃設(shè)計方案。針對不同容量機組，有關(guān)方面盡快統(tǒng)一、規(guī)范UPS配置規(guī)劃設(shè)計方案，減少工程設(shè)計隨意性。
　　
　?。?）對UPS所有重要負荷電源均設(shè)計為互相備用冗余，且兩路互備冗余電源應(yīng)取自不同電源系統(tǒng)，如圖2所示。所謂重要負荷電源是指短時失電即可造成機組故障停機的重要保護、控制、監(jiān)測用負荷電源。實踐證明，采取這一措施是非常有效的。本文引言中3個案例如果采取了這種設(shè)計，3次故障就都可能被避免。對于原設(shè)計不完善的，可通過技術(shù)改造來實現(xiàn)。引言第二個案例中的電廠，在故障后就進行了重要熱工負荷雙路互備冗余電源改造，改造后經(jīng)定期做模擬轉(zhuǎn)換試驗，驗證改造是成功的。
　　
　　對于非重要負荷，主要是部分監(jiān)測、信號類負荷，其電源短時失電一般不會造成停機故障。如失電時間較長，也可能造成機組間接異?；蚬收稀５绻紤]配置互備冗余電源，將使電源系統(tǒng)過于復(fù)雜，實際上較難實現(xiàn)。另外，設(shè)置了互備冗余的重要負荷電源，也有轉(zhuǎn)換裝置故障造成轉(zhuǎn)換不成功的可能，所以，在條件允許時，還應(yīng)考慮在UPS配置方面進行完善。
　　
　　（3）合理進行UPS配置設(shè)計。根據(jù)上述內(nèi)容，對1.1.1中列舉的四種常見UPS配置方案進行分析：
　　
　　方案（1）：系統(tǒng)簡捷，投資少，但供電安全可靠性相對低。
　　
　　方案（2）：系統(tǒng)較簡單，也做到了UPS裝置的并聯(lián)（或備用）冗余。近些年發(fā)展起來的鎖相同步控制技術(shù)已使多臺UPS并聯(lián)運行成為可能，但缺點是當UPS負荷系統(tǒng)，特別是母線系統(tǒng)故障時，除影響本機組外，還對并聯(lián)（或備用自投）的其他機組的UPS造成沖擊，甚至可能影響多臺機組的安全運行。另外，采用這種配置，單臺UPS容量要在本機組UPS負荷容量基礎(chǔ)上再加上備用冗余的負荷容量，增加了投資。
　　
　　方案（3）：供電可靠性是4個方案中zui高的，但如考慮互相備用冗余，UPS容量必須相應(yīng)增加，該方案投資額高。
　　
　　方案（4）：目前，已有大型機組采用此方案。每臺UPS容量按單臺機組UPS負荷容量選擇。對于原設(shè)計采用方案（1）“一對一”配置的電廠，增設(shè)一臺公用備用UPS（可按單機組UPS負荷容量），經(jīng)過相關(guān)控制系統(tǒng)改造，即可實現(xiàn)“n+1”配置。引言案例一中的電廠，在故障后已進行了在原“一對一”配置基礎(chǔ)上增設(shè)一臺公用備用UPS的改造。
　　
　　此方案在投資相對較少的情況下，實現(xiàn)了UPS備用冗余，當某一機組UPS故障，備用UPS自動實現(xiàn)不間斷（＜5ms）切換投入供電，即使是UPS負荷母線系統(tǒng)故障，也不會影響其他機組運行。從功能、經(jīng)濟、供電可靠性幾方面綜合比較看都是*的配置方案。其原理示意圖如圖3所示。
　　
　　各UPS的邏輯控制相對獨立，備用UPS的直流輸入和旁路輸入分別取自不同機組并相互冗余。采用“n+1”配置方案的同時UPS重要負荷電源仍按備用冗余配置。采用這種多層次備用冗余配置后，將使大、中型火電機組UPS供電可靠性大大提高。
　　
　　2.2對改善電力用UPS產(chǎn)品設(shè)計和質(zhì)量方面的建議
　　
　　（1）鑒于大、中型火電機組UPS的重要性，以及UPS控制系統(tǒng)易出現(xiàn)故障的事實，建議借鑒發(fā)電機組勵磁調(diào)節(jié)裝置的經(jīng)驗，對大容量電力用UPS的控制部分進行雙通道配置，當控制系統(tǒng)的工作通道故障時，自動切換至備用通道運行。
　　
　?。?）提高UPS控制邏輯板和控制系統(tǒng)其他設(shè)備的制造質(zhì)量。各種元器件的篩選在現(xiàn)有基礎(chǔ)上再提高一個檔次。
　　
　?。?）適當優(yōu)化UPS控制回路，例如可以取消緊急停機按鈕，因為可以用其他方法使設(shè)備停下來，多設(shè)一個元件就增加了一個隱患點。
　　
　　改善UPS產(chǎn)品設(shè)計和質(zhì)量主要靠制造商來完成，用戶在訂貨時也可提出相應(yīng)的技術(shù)、質(zhì)量和功能要求，從而促進UPS產(chǎn)品設(shè)計和質(zhì)量不斷提高、完善。目前UPS產(chǎn)品種類繁雜、質(zhì)量參差不齊，用戶在設(shè)備選型時，除其他因素外，應(yīng)對產(chǎn)品技術(shù)性能和質(zhì)量給予特別的重視，盡量選度高、質(zhì)量好、信譽度高、售后服務(wù)穩(wěn)定的設(shè)備。
　　
　　2．3改善、加強對火電機組UPS的維護管理
　　
　?。?）加強、統(tǒng)一火電機組UPS專業(yè)管理。有關(guān)部門應(yīng)盡快明確火電機組UPS專業(yè)管理歸口。
　　
　?。?）由于電力用UPS設(shè)備復(fù)雜、技術(shù)含量高，建議其核心技術(shù)部分可以制造廠家為技術(shù)依托，簽定長期的維護服務(wù)合同。但必須明確責(zé)任范圍，明確UPS設(shè)備及系統(tǒng)的安全責(zé)任主要在于電廠，避免出現(xiàn)管理漏洞。
　　
　?。?）加強設(shè)備技術(shù)管理，明確設(shè)備分工，把設(shè)備管理責(zé)任制落到實處，使UPS的維護管理不出現(xiàn)死角。
　　
　?。?）根據(jù)設(shè)備用戶手冊，結(jié)合設(shè)備特點，制定設(shè)備運行、維護、檢修規(guī)程、條例和定期工作制度，定期開展試驗、傳動、清掃和其他維護工作。對于裝置內(nèi)部的各種元件，如廠家無詳細規(guī)定，可套用電力系統(tǒng)同類設(shè)備的檢驗、試驗、維護規(guī)定和條例進行維護和管理。保證UPS裝置所有部件、元件處于良好狀態(tài)。
　　
　　（5）配備必須的備品配件，特別是控制板等控制回路設(shè)備，應(yīng)有足夠數(shù)量的備品。
　　
　　（6）加強電力用UPS運行環(huán)境的管理，電力用UPS的運行環(huán)境應(yīng)等同于計算機的要求。UPS配電室溫度、濕度、粉塵濃度以及電磁干擾等指標均應(yīng)滿足產(chǎn)品要求。
　　
　　3結(jié)束語
　　
　　針對目前大、中型火電機組UPS供電可靠性方面存在的問題，采取以下措施是必要的：
　　
　?。?）有關(guān)部門統(tǒng)一火電機組UPS設(shè)計規(guī)范，針對不同容量的大、中型火電機組，盡快規(guī)范典型配置設(shè)計方案。
　　
　?。?）對短時停電即可影響機組安全的UPS重要負荷電源采用備用冗余設(shè)計。
　　
　?。?）在條件允許時，宜采取1臺機組配置2臺及2臺以上UPS或采用“n+1”配置方案。
　　
　　（4）改善、優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，提高UPS產(chǎn)品質(zhì)量，控制部分宜研制、采用雙通道。
　　
　?。?）明確電力用大容量UPS專業(yè)管理歸口，加強設(shè)備定期工作和維護管理，確保設(shè)備不失修。改善UPS運行環(huán)境。