UPS并机系统逆变器短路报警故障分析

宋奕然

（广东红海湾发电有限公司，广东汕尾 516623）

1.工作原理

ALP-40K-1-DC110-PR 40kVA型双主机并联UPS系统在正常运行情况下，两台UPS平均分担负载，即各带50%负载。当其中一台UPS（以下称UPS A）逆变器因逆变器输出电压过高/过低、输出频率过高/过低、暂态响应时间超出要求的调节范围（此时旁路交流电源的变化在合格范围内）时，该UPS逆变器将会自动关闭，同时UPS A不会切换至静态旁路供电的模式，而负载将全部转为由另一台UPS（以下称UPS B）进行供电。当UPS A的逆变器故障排除后，将自动重新启动，系统恢复由两台UPS平均分担负载进行供电的状态。当且仅当两台UPS的逆变器因逆变器输出电压过高/过低、输出频率过高/过低、暂态响应时间超出要求的调节范围（此时旁路交流电源的变化在合格范围内）时，两台主机将全部切换至静态旁路供电。

2.故障描述

根据厂家提供电气原理图1可知，A、B两套系统完全独立，并未发现有关联，ALP-40K-1-DC110-PR 40kVA型UPS A主机柜需进行检修时，逆变器电源开关分闸、备用电源输入开关分闸、直流电源输入开关分闸、检修旁路电源开关分闸，UPS A主机应处于隔离状态，可进行检修工作。抽出UPS A主机柜静态开关模组后，UPS系统出线柜电压表显示电压下降至110V，用万用表测量出线端电压确认UPS系统输出电压仅为110V。将UPS A主机柜静态开关模组回装，UPS B主机柜逆变器短路报警并联跳出口静态开关，由于UPS A主机控制器已被断电，UPS A主机无故障发出，UPS B主机不满足切换至静态旁路的条件，故旁路静态开关未合闸，导致UPS系统无输出。

图1 40kVA UPS并机厂家电气原理图

3.故障分析

故障原因排查，将UPS系统所带所有负载开关断开，将UPS B主机柜报警复位，将静态旁路开关合闸，此次UPS B主机柜正常输出，UPS出线柜电压表电压显示及万用表测量确认UPS系统电压恢复220V。随后闭合整流器输入开关，整流器开始工作。整流器充电完毕后，UPS B主机柜“蓄电池电压低”及“蓄电池低压锁机”报警消除。报警消除后启动逆变器，逆变器成功启动后，UPS B主机自动从静态旁路运行模式切换至逆变器输出模式，UPS B主机柜正常启动，各项参数正常，故排除UPS B主机柜故障。随后逐步将负载开关合闸，排查负载是否存在接地、短路现象，当负载开关全部合闸后，UPS B主机柜仍正常运行，输出各项参数均正常，排除负载故障。

综上所述，基本确认故障原因为UPS A主机柜静态开关模组抽出导致，并对厂家提供电气原理图产生质疑。通过对柜内接线重新核对后确认该系统图并不正确，实际接线确认此型号的并机UPS系统存在硬接线联锁，但厂家图纸上并未体现。根据现场实际接线及原理，实际原理图2所示。

图2 40kVA UPS并机实际电气原理图

如图2所示，现场每套UPS主机柜并非两个静态开关，而是三个静态开关，三个静态开关物理安装位置均在主机柜内的静态开关模组上，通过第三个静态开关（后文称为IA静态开关）连接两套UPS系统的IA点，通过IA连接两套UPS系统。IA静态开关两端设有接触器，接触器线圈电源取至各UPS主机柜的手动检修旁路开关后端，当手动检修旁路开关合闸后，接触器吸合，从而实现与静态开关同样的功能。两台UPS主机柜逆变器后端的隔离变压器移至静态开关出线侧，且隔离变压器变为110V隔离变压器，两台变压器通过串联方式再将电压升至220V送至馈线柜。

结合图2可知，直流电通过逆变器并未直接经过隔离变压器变压，而是经过静态开关后在通过隔离变压器变压为AC220V，IA静态开关的作用就是将两台UPS主机进行并联后，通过串联的隔离变压器完成变压工作。在正常运行情况下，IA静态开关处于合闸位，当其中一台UPS主机柜因逆变器故障无法输出时，切换至静态旁路进行供电，IA静态开关仍可处于合闸状态。当UPS主机柜逆变器故障，静态旁路无法合闸的情况下，手动将手动检修旁路开关合闸，QJ1可代替IA静态开关并联两台UPS主机柜。

结合图2与现场实际情况分析，当A套UPS检修时，手动检修旁路开关、逆变器电源开关，备用旁路开关、直流输入开关均处于关闭状态，当A套UPS主机柜抽出静态开关模组时，静态开关处于物理断开状态，且因手动检修旁路开关处于分闸状态，QJ1未得电无法闭合，导致并线IA断开，A套UPS隔离变压器停止工作，此时UPS系统输出电压降到110V。当A套UPS主机柜将模组进行回装后，由于IA静态开关激发电源取至后端L线，当静态开关模组安装完毕的瞬间，IA静态开关激发导通，进而使IA导通，A套UPS隔离变压器瞬间工作，隔离变压器工作瞬间产生的涌流被UPS系统判定为短路故障，UPS系统为保护装置自动切断所有输出。

4.总结

了解此类型并机UPS系统正确工作原理后，此类并机UPS系统转检修步骤：（1）任意一台UPS主机柜需转检修时，两套UPS系统均需优先停运逆变器（先合手动检修旁路开关将联跳两台UPS系统逆变器），使两套UPS系统转至由静态旁路输出为负载供电的状态，可有效避免因误操作导致逆变器故障停运；（2）逐一断开两套UPS系统直流输入开关；（3）逐一断开两套UPS系统断开整流器输入开关；（4）逐一合上两套UPS系统手动检修旁路开关，确认QJ1、QJ2接触器正确动作，检查馈线柜出现电压是否正确；（5）确认QJ1、QJ2接触器正确动作后，逐一断开两套UPS系统断开静态旁路输入开关。