某采油平台UPS停机切换故障问题的分析

陈永强

(中海石油(中国)有限公司天津分公司辽东作业公司 天津300457)

0 引 言

UPS(Uninterruptible Power System)即不间断电源，是将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其他电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(事故停电)时，UPS 立即将电池的直流电能，通过逆变器转换的方法向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

某平台有两台UPS，互为备用运行，且有旁路在其故障或检修时为设备提供电源。通常采油平台采用两台UPS各带50%负载并列运行(单台能够满足全部负载用电需求)，其可靠性非常高。但在某平台进行UPS年检时，UPS2负载向UPS1切换操作过程中，由于UPS故障造成全平台失电，本文就此案例对故障原因进行分析。

1 故障处理

1.1 故障现象

某平台使用两台带旁路电源的梅兰日兰GALAXY 1000PW型UPS。由UPS厂家工程师进行UPS年检，厂家确定年检内容都是常规工作，没有失电的风险。施工工作开始前，检查UPS的指示灯及运行状态正常，机器无异常报警，各项显示参数正常。2台UPS带载均衡各为9%，逆变器输出值220V，电池充电正常。厂家工程师将为了停运UPS1，将负载切换到UPS2供电(负载量从9%变化到18%)，观察10min无异常后断开UPS1电池开关、交流主输入、静态旁路开关；当UPS1完全下电后，进行UPS1风扇更换工作；更换完毕后，进行UPS1性能测试，结果正常。将UPS1恢复，投入供电系统，UPS2负载量从18%变化为9%(图1)。

在准备进行UPS2年检工作前，厂家工程师检查了整个系统确定UPS系统工作正常后，开始进行UPS2的停机操作。当UPS2负载向UPS1切换，UPS2停运过程中，UPS1因整流器故障过载而停机，UPS旁路电源开关QF11也发生跳闸(200A)，造成平台失电。

图1 UPS系统图Fig.1 UPS system diagram

1.2 故障处理过程

根据故障现象，初步认为是UPS2的旁路与UPS1之间在切机过程中出现了很大的环流，电流过大造成UPS1过载和旁路电源开关跳闸。为进一步查明原因，平台专业人员要求厂家按正常操作程序再次进行UPS2负载向UPS1切换操作，为检测旁路电流并将钳形电流表放置于UPS1逆变器的输出侧进行检测。在确定UPS运行状态正常的前提下，厂家工程师再次进行将UPS2负载切换至UPS1的操作，切换过程中，钳形电流表上显示电流逐渐增大至336.9A，证明UPS2负载切换至UPS1时，在机组旁路与UPS1内部存在大电流的环流。

平台专业人员和厂家检查UPS的平台电源、旁路输入配电盘及输出负载，未发现故障。检查UPS1的输出部分(输出滤波板、变压器、交流电容)亦未发现故障，交流电容为600µF，显示正常。

2 故障分析

2.1 直接原因分析

①根据两台UPS均可独立开启带载，可以判断UPS的功率器件工作正常。

②两台UPS在并机情况下，分别显示负载量均为9%，一致性很好，代表环流检查板正常。UPS1负载切换至UPS2供电时正常，代表UPS1的并机板正常。

③通过故障现象厂家判断UPS2并机板存在故障。根据故障检查中用钳形电流表检测出的旁路电流分析，负载切换后并没有断开UPS2的旁路，UPS1的逆变器与UPS2的旁路产生了巨大环流，说明UPS2的并机板存在故障。正常情况UPS2的并机板应该发送关闭UPS2旁路静态开关的命令，避免旁路与逆变器产生环流。

经厂家工程师与其公司技术部门沟通确认了现场的判断：UPS2并机板MISI存在故障。更换后机组切换正常。

2.2 机组存在缺陷探讨

结合机组技术资料，对上述故障进一步分析后，认为此型号UPS从保护功能和系统配电上存在一些问题是导致故障扩大化的深层次原因。

①并机板发生故障的可能性很低，用厂家的话形容就是百万分之一的概率。两台UPS在线负载切换，机组逆变器与旁路产生环流，但机组缺少相应的检测功能和及时切断环流的保护功能。

②梅兰日兰GALAXY 1000PW型UPS在设计上缺少对并机板检测的功能，使并机板的故障只有在负载切换过程中才会暴露。在正常情况下，机组缺少对此器件的检测，不会产生相关报警，使操作人员和检修人员无法判断机组是否可以负载切换。

③经与厂家人员沟通，此型UPS原设计为80kVA的机组，由于平台负载不需要如此大容量的UPS，厂家把此机组改为40kVA，并重新进行了系统参数设置和配电开关的选型配置，但选型和系统参数匹配上存在问题。具体来看，旁路电源开关QF11选型为200A，长延时过载设置为1In，单纯从配电角度分析是完全满足旁路要求，但UPS1逆变器过载保护和旁路电源开关QF11长延时过负荷跳闸之间配合不好，参数设置没有级差，二者几乎同时进行过载保护动作，导致平台失电。QF11与下一级UPS及旁路负载开关QF21之间上下级也存在不匹配的问题(QF21选型为250A，长延时过载设置为1In)。

④厂家把此机组改为40kVA时，并未更换相应的保险，而是仍采用原设计630A的保险。UPS内部出现短路故障时，由于保险容量过大，不能及时熔断，起不到短路保护的作用。

3 总 结

通过上述故障分析及解决办法，对于UPS切换过程中存在的问题，注意思考以下方面：

①UPS并机板设计中应该加入故障检测功能，确保设备倒机过程中判断并机板或旁路静态开关的工作状态，及时进行保护，避免造成失电情况发生。

②在机组设计改变时，应重新进行系统参数的设置和配电开关的选型，注意机组保护各项参数匹配的问题；同时应对保险的容量进行相应的调整，以保证供电的稳定性。

此次UPS故障分析排查为今后解决类似问题提供了值得借鉴的经验。