秦山二厂常规岛220V UPS技改后的可靠性分析

胡 欣

（中核运行管理有限公司运行四处，浙江 海盐314300）

0 前言

秦山二厂三、四号机组常规岛不间断电源UPS系统自投运以来发生过多起失电故障。第一次故障发生在2012年三号机组，由于UPS静态开关失控导致电源输出故障，下游负荷失电，重要负荷二回路主给水泵液力耦合器失去控制电源，主给水向蒸汽发生器供水不足、低水位触发反应堆保护自动停堆导致停机停堆，严重地影响了电厂的安全性和经济性。电厂针对失电原因进行过一系列技术改造，取得了满意效果，本文从运行的角度对UPS改进后的可靠性展开分析。

1 常规岛UPS系统介绍

1.1 系统功能

常规岛220 V交流不间断电源系统（UPS）主要为常规岛的DCS（常规岛分散控制系统）、热控220 V不停电电源配电柜，汽机DEH柜、火灾报警等提供安全可靠的电源，不涉及核安全，但发生故障能导致发电机停机。

1.2 系统组成

三、四号机组的常规岛各配置了相互独立的两套UPS，瑞士固特产品，型号为PEW 1080-220/230-EAN，系统代号为LNQ和LNR。原设计两套UPS正常市电电源都取自常规岛保安电源系统LLP，旁路市电电源都取自常规岛普通电源系统A列LKF，直流电源都取自常规岛直流系统LAB。两套UPS输出端子不做电气连接，可以完整的隔离检修，互相不受影响。正常市电电源经过改进后，分别来自常规岛普通电源A、B列的LKQ和LKT，同时对下游负荷进行了清理，将失电引起机组瞬态的负荷进行了双电源改造，可以总结为这四类负载：

（1）双路电源负载，主副电源分别接受LNQ和LNR供电，如常规岛分散控制系统；

（2）重要负载，进行了双电源改造，通过自动切换开关切换电源，如主给水泵的液力耦合器控制电源；

（3）公共负载，主要是指继电保护间的分配电源柜，通过刀熔开关在LNQ和LNR之间手动切换，失电会导致汽机功率控制回路自动切除等；

（4）次要负载，只由单列电源供电，如漏氢检测仪，失电后不会对机组控制造成影响，但在机组长期运行过程中有安全的意义。

图1 常规岛UPS系统改进后的组成方架

1.3 UPS的工作原理

常规岛UPS的工作原理是将厂用380 V交流电通过整流器转换成直流，再通过逆变器转换成恒频恒压的220 V交流电源，给重要负荷提供稳压和滤波的不间断电源。当整流器交流市电消失或整流器故障时，由蓄电池（常规岛220 V直流系统）经闭锁二极管向逆变器供电；当逆变器故障输出电压异常时（电压过高或者过低），则由静态开关切换至旁路电源供电。平时逆变器输出电压跟踪旁路输出电压。其原理如图2所示。

图2 UPS工作原理图

2 UPS的技改的可靠性分析

2.1 UPS正常市电电源改进后的可靠性

三、四号机组UPS在调试期间，曾发生过直流电源的闭锁二极管故障。为防止两路整流器并列时闭锁二极管击穿，产生环流，很长一段时间都是通过蓄电池的直流馈线给逆变器供电。这种运行方式会产生报警，严重地干扰了主控操纵员对UPS运行状况的判断，同时少了一路电源，可靠性降低了，电厂利用大修的窗口恢复了原设计运行方式。但是UPS的市电电源的原供电抽屉已被其他负荷占用，电厂通过技术改造，将原保安电源抽屉移位至普通电源抽屉：分别来自常规岛A列电源系统（LKQ）和B列电源（LKT）。原设计的保安电源（LLP），其上游电源分两路提供，自动切换，日常供电来自常规岛B列电源系统（LKR）；备用电源来自核岛应急电源系统（LLE），由6 kV安全母线供电，以柴油发电机做后备，可以在全厂失电时提供可靠电源。

这项改造虽然降低了整流器市电电源的可靠性，但是两套UPS的第二备用电源——直流电源，其整流器上游同样来自保安电源系统，同时有蓄电池作为保证，具有长期提供直流电源的能力，在全厂失电时依然能够不间断提供可靠电源；其次，常规岛保安电源带有风机、油泵等各种转动设备，在系统中出现故障、烧毁等可能较大，使得LLP因负荷短路、接地而导致母线电源切换失败的风险大大提高，因此取自不同系列的普通电源，可以降低单一母线失电而导致两列UPS同时失去主电源的风险；再次，普通电源供电可靠性不低，其上游6 kV母线除了正常电源外，还有备用的厂外辅助电源，通过慢切换装置在失电时间6.5 s内完成自动切换。

所以改进后的UPS主电电源更加丰富，除了可以保证任何一路厂用电源失电后不间断供电外，还可以防止单一配电盘接地，短路等失电而引入的风险。

2.2 UPS装置改造后的可靠性

2.2.1 UPS接地装置和内部软件的升级

秦山二厂三号机组在2012年发生过三起UPS失电事故。这三起UPS失电事故有相似的地方：直流电源和旁路电源都存在，但是静态切换开关EA/EN全部断开，没有电流输出导致失电。经过检查和试验分析，导致静态开关失控的原因是内部模块中的信号转换器A075板控制回路多点接地，使装置容易引入干扰源，类似于引入关机命令，所以导致失电。针对此事件电厂有以下改进：

（1）拆除了控制板A075。因为A075改变了主板RC接地方式，同时除了供数据下载外没有其他作用；

（2）按照G50169修改了LNQ/R的接地方式，断开盘柜基础接地线，实现单点接线；

（3）升级主板系统软件至SP6，可以记录≤150 ms的事件，抗干扰能力更强，同时该软件还有定期检查功能，对软件进行校验。

技改前UPS的接地线采用类似菊链式的多点接地和通过信号转换器接地，容易引入干扰源，造成UPS关机失电，属于设计缺陷，技改后升级了软件，消除了潜在的隐患。

2.2.2 UPS增加强制静态旁路ATS（Automatic Transfer Switch自动转换开关）

这项技改针对UPS运行参数超过保护定值时发生自动关机、静态开关无法切换至旁路等失电情况，在UPS系统输出端加装双电源转换装置ATS（后备旁路切换开关Q200），只要检测到输出电压低于定值，就能自动将其切至旁路带载。

这项改造可以提高单列UPS的供电可靠性。但是强制静态旁路还没有应用业绩，同时Q200切换时间较长，慢于下游负荷的开关切换时间，失去了切换的意义，电厂基于这种考虑，取消了这项技改。

2.3 UPS负荷侧改造后的可靠性

失电事故发生后，电厂对UPS下游的负荷进行了梳理，对保护、控制、监视等有重要影响的设备电源进行双电源改造：

（1）主给水系统：主给水泵的液力耦合器的控制柜电源，都改为双路冗余供电。两个控制柜各分配一路电源至就地液力耦合器控制柜，在就地液力耦合器控制柜内增加一路交直流变换模块，同时增加一个直流电源无扰切换模块，从而实现双路电源冗余供电；

（2）数字电液控制系统：参考扩建机组数字化的冗余电源方案，增加两个APC（电源自动切换装置）设备；

（3）定子冷却水系统：在上游控制柜中增加APC双电源自动切换模块；

（4）集散控制系统：两台机组的常规岛控制柜及主控P06盘内各安装一台APC自动切换装置。电源分别取自控制柜内对应电源和主控盘台内的对应电源。

UPS负荷改造完成后，2012年10月20日凌晨3:15，三号机组LNQ因逆变器故障，静态开关切换失败导致再次失电，但是这次失电没有导致机组出现瞬态，说明了重要负荷双电源改造成功。2019年10月14日11:19，处于功率运行的4号机组发生LNQ失电，失电后机组各项参数稳定，没有异常情况发生。

UPS负荷侧的双电源改造后，经过实践证明单列UPS失电不会导致机组瞬态，大大降低了机组对UPS装置的可靠性依赖，对降低设备元件老化带来的风险具有重要意义。

3 结论

秦山二厂三、四号机组常规岛各自两套UPS通过技术改造，将原来来自同一保安电源的主电源进线，移位至不同电源系列，避免了同一配电盘失电造成两列UPS同时失去主电源的风险；内部软硬件升级和隐患根治，大大提高了装置的抗干扰能力，增强单列装置的可靠性；负荷的整理和双电源改造降低了负荷对单列UPS装置可靠性依赖，使得两列UPS能够真正意义上互为备用。这些改造大大地提高了UPS系统应对厂用电失去和自身元件老化问题的能力，确保在各种严苛失电情况下不会造成常规岛失去重要控制系统的电源，避免了非必要的停机，提高了电厂经济性。