某核电站UPS故障停机原因分析及改进措施

董磊　星国龙　张春阳

【摘  要】某核电站1号机组运行期间发生UPS（不间断电源系统）故障停机，导致核电站部分重要系统失去冗余电源，本文通过对现场故障记录查询及设备制造厂试验，分析得到UPS故障停机的直接原因是中央控制卡件A070内部芯片RAM1、RAM2损坏，导致A070卡件功能异常，导致UPS系统全面瘫痪，故障停机。为避免该类故障再次发生，本文提供了改善设备运行环境、更换制造品质更高的控制芯片等改进方案。

【关键词】不间断电源;故障停机;中央控制卡件

2014年6月16日上午，核电站核岛不间断供电系统（LNG）因不明故障停运，母线失电，电气调试部分重新启动后系统无异常报警后恢复下游送电，未查出原因。6月17日再次出现同类故障，电站专家组讨论后对LNG系统进行全面检查，本文就该故障进行了分析。

1.UPS系统基础介绍

LNG系统所使用的不间断电源系统（UPS）设备由瑞士GUTOR厂家提供，该系统有两路完全独立的上游供电，且能实现两路供电的无扰切换。该系统主要由逆变器001DL、旁路变压器001TR、静态切换开关EA/EN以及无扰切换开关501JS共同构成。系统的基本结构如图一所示。

逆变器001DL将上游110V直流电通过IGBT模块逆变为220V交流电，旁路变压器001TR将上游380V交流电降压为220V交流电。逆变器和变压器侧各有一个静态切换开关EA和EN，两个静态开关互为闭锁，同一时刻仅有一个能够导通。501JS系统状态转换开关有三个位置：AUTO、TEST、BYPASS，正常运行时处于AUTO位置，系统由逆变器带载，同时旁路变压器热备用，通过EA/EN无扰切换供电方式;TEST和BYPASS位置时系统直接通过电缆硬接线由旁路变压器带载（如图一通道3所示）。

2.LNG系统故障停机原因分析

经查询6 月17 日23：07 至23：11 之间的系统故障信息发现，当前报警（44、54、57、34、53、12）与正常状态下直接关闭UPS报警的报警相同，系统从23：07 开始頻繁的报警和复位，最后一次报警后未复位成功，直接关机，系统显示相关的报警。另外，从系统历史运行状态“60：MPU is reset”出现可初步判断MPU 芯片重启导致其他相关报警出现，进而可以初步确定故障由于A070 卡件自身故障或A070 输入输出信号异常引起。

2.1 UPS系统A070卡件自身故障

直接导致A070 卡件MPU 芯片重启的主要原因有MPU 芯片自身故障或供给MPU 的电源瞬时降低超过阈值，直接导致卡件芯片停止工作，A070卡件的自身的故障一般为强制性，无法进行自行复位，但现场UPS出现多次自动复位，可以排除卡件自身故障情况。

2.2 UPS系统输入到A070的信号异常导致MPU芯片重启失效

A070卡件作为UPS系统主控制卡，主要负责对获取的信息进行处理，并通过运算得到输出数据，然后再通过其他端口发送至各个控制模块，从而实现UPS的稳定运行，如果一旦获取的信号异常就可能导致MPU芯片运算异常，最终导致系统无法正常运行，A070主控卡的信号接口众多，连接复杂。但输入及信号异常都会触发UPS系统出现通信错误报警，但现场查询报警记录未发现有通信故障报警，可以排除该类情况。

2.3 UPS系统A070卡件附属芯片故障

UPS系统A070卡件是一块多层电镀的集成电路板，卡件上拥有众多电子元器件，其中最为重要的是MPU芯片及其附属芯片RAM1、RAM2，其中RAM1/2两块芯片主要用于暂存MPU处理得到的数据，用于后续对整个系统的控制，如果附属芯片RAM1/2出现故障，将会导致系统数据异常，最终引发程序紊乱，系统停机。申请制造厂家支持，将A070卡件寄回瑞士总部进行故障定位，厂家对A070卡件的数据端口进行分析，发现A070卡件在运行一段时间后会出现数据缺失，系统重新自检的情况，进一步对MPU的数据端口进行采集，发现MPU与RAM1/2之间的数据传输出现乱码，使用全新的RAM1/2芯片进行更换以后，发现故障消失，数据通讯正常，最终确定本次故障的原因就是RAM1/2芯片损坏，导致UPS系统紊乱，引发系统停机。

3.结论及改进措施

通过对现场故障记录查询及设备制造厂试验，最终确定LNG系统UPS整盘失电的直接原因是系统主控制卡A070上的数据存储芯片RAM1/2损坏，导致整个系统内部数据紊乱，引发系统停机。

此类卡件故障为该电站首例，十分具有检修参考价值。为避免该类故障再次发生，对此提出四项改进措施：1、联系瑞士厂家，采购工艺等级更高的存储芯片，提高系统稳定性;2、设备说明书上建议控制卡件的运行环境温度不得超过40℃，现场环境并不符合要求，建议在卡件运行的厂房加装定向式空调，用于降低环境温度，提高卡件寿命;3、升版UPS系统主控制程序，增加数据检测功能，在数据传输出现异常现象时自动报警，并定位传输端口，便于及时发现芯片故障;4、增加存储芯片冗余设计，建议设置RAM3芯片并长期处于热备用状态，当RAM1/2芯片出现异常故障时及时切换传输通道，保证系统不会出现故障停机的情况。同时，可制定UPS老化处理方案，在设备运行一定期限后对其进行更换，彻底解决此类故障。

参考文献：

[1]付明星，李静，许本福.全封闭式叠层母排技术在核电UPS中的应用[J].大亚湾核电，2017，6（3）：42-45.

[2]李广环.UPS电源设计与运用[J].山东工业技术，2019，3（4）：19-23.

[3]李士涛，李云冬，全利昆.UPS供电系统备份形式分析[J].机电信息，2019，1（3）：81-84.

（作者单位：中广核核电运营有限公司）