工业UPS故障影响及其配电可靠性分析

邹健鹏

摘 要：介绍了某企业自备热电厂UPS故障导致生产损失的典型事故案例，并结合案例具体经过，详细分析了影响UPS可靠性的相关因素，针对案例要点因素，从UPS的选型、使用及维护等方面提出了改善UPS系统供电可靠性的对策及意见，以期达到降低配电网电源不稳定导致的生产风险，提高UPS在配电系统中供电可靠性、灵活性的目的。

关键词：UPS;检验;供电可靠性;互备

0    引言

供电可靠性作为衡量电能质量的重要指标，成为当今配电系统技术发展不可或缺的前提。然而，随着配电网用户生产技术的快速发展，电压波动及短时中断等质量问题愈发凸显，造成的电气设备跳停、生产数据监控中断、企业生产线停产等事故也越来越多，给配电网用电客户带来了巨大的经济损失，这就对配电网电压质量提出了更高的要求。UPS电源的出现与配电系统技术稳定发展有着密切的关系，对企业而言，对核心重要负荷的可靠供电是重中之重，建立一个不停电的供电系统对企业十分重要。UPS（不间断电源）就是为实现不间断供电而设置的，所以UPS本身的性能及其设备应用，就成为核心重要负荷稳定运行的关键。

1    事故案例

2021年3月，某企业自备热电厂发生一起因UPS系统主控板故障，最终导致企业损失约2 000万元的事故。

1.1    事故过程

因企业自备热电厂#2机UPS系统输出电压连续扰动，热电厂#3锅炉两台火检风机控制接触器依次出现无法保持跳停，致使#3锅炉MFT动作跳炉停汽，最终导致企业生产线因供热不足而部分停产，损失约2 000万元。

1.2    事故现象

事故发生时，发现#3炉火检风机与#3炉B磨煤机油站油泵电机存在同时异常停运的现象，排查发现DCS系统后台显示A、C磨煤机油站油泵电机电流升高，给煤机反馈频率降低，#2机UPS输出电流有突增现象（因DCS自身数据刷新存在100 ms的延迟，UPS电压波动曲线并不明显）。

1.3    事故排查

经检查发现，#3炉火检风机与#3炉磨煤机油站油泵电机的供电关联性仅为控制电源均由2012年投运的#2机UPS供电，供电UPS结构如图1所示，而且当月刚更换过主机主控板，最终将检查重点确定在#2机UPS系统及相关输出负荷回路。针对#2机UPS系统所有输出负荷回路进行全面排查，初步排除UPS馈线负荷回路故障;而后在UPS输出端接入示波器及故障录波装置进行录波及示波测试，发现UPS输出电压、电流存在不规律性波动，明确原因后，更新主机控制板，之后恢复正常。

2    案例分析

目前UPS供电系统基本形式大致相同，下面结合上述事故过程具体分析UPS系统影响配电网供电可靠性的相关因素。

（1）该电厂重要辅机（如火检风机）控制电源设计不合理，将多个同系统互备的重要负荷的控制电源均接由单一UPS系统供电，虽然UPS为不间断电源，但毕竟共用一个输出通道（图1），仍存在一定的不确定因素;若UPS电源输出通道出问题，将导致馈线负荷设备同时受影响。UPS系统内部组件故障引发的安全问题难以控制又危害巨大，是比较棘手的一个问题[1]，只有将UPS作为多重电源之一或备用电源，才能更好地保证安全性的直接提升。

（2）#3炉B磨煤机润滑油站电机及A、B火检冷却风机控制回路接触器跳停，而同控制系统的#3炉A/C/D/E磨煤机润滑油站电机控制回路接触器却保持运行，说明负荷的电气控制元件存在老化、性能不合格现象。技术人员缺少对负荷配电控制系统的性能检查及理论分析，也是导致生产停止的原因。

（3）故障UPS的主控板刚更换完毕，短时间内即出现问题，说明UPS的内部组件自身已存在缺陷，而技术人员技能水平不足，安装后未进行必要的带负荷输出波形检验测试，造成设备状态评估不足，风险控制不到位。

（4）故障UPS带有大量感性负载，如#3炉两台火检风机及5台磨煤机油站电机交流控制接触器等，而正常不建议UPS带过多的感性负载，是因为感性负载临时启动电流大，易造成UPS系统元件因受电流冲击而损坏。

（5）#2机UPS设备使用年限已经超过9年，成套设备老化明显，使得UPS设备内部不稳定因素增加，也是导致UPS更新组件很快出现异常的原因。

3    提升UPS系统供电可靠性的对策

配电网的不正常供电有谐波、暂态冲击、瞬时断电等，通过UPS均可隔离和在一定时间内抵御，虽然UPS本身可靠性很高，但并不代表故障率为0，所以对于特别重要的生产负荷，提出以下保障配电可靠性的对策：

（1）对于重要的互备性质的设备，应该分别采用不同的UPS供电系统，或其中一套设备改由市电供电，以提高UPS的供电可靠性。

（2）对于重要负荷，为避免单套UPS故障退出时影响供电可靠性，可以将性能测试合格的两台或多台UPS并列供电;实际应用中UPS出故障导致供电故障增加时，越多的UPS联合使用越可靠。对极重要负荷电源进行组网配置，必要时可采用两台UPS互为备用，并与市电构成三重电源。

（3）为了降低电路并联时单点短路故障导致整体受影响的风险，除了加强绝缘维护外，还应将负荷进行合理分类，做好风险分散工作，将风险高、易出问题且允许较长中断供电时间的负荷由一台UPS供电，而其他的另配置一台UPS供电。

（4）针对UPS系统内部精密元件维护困难的问题，应制订UPS负荷馈线及相关元器件的清掃、测试计划及更新台账，并严格遵照执行，可作为提高UPS配电系统运行整体稳定可靠性的有效措施。

（5）UPS在使用过程中存在内部元件更换时，应确保带负荷切换试验合格，同时进行UPS系统输出参数的示波及录波测试，做好设备状态评估;条件允许的，可以将UPS系统输出接入故障录波系统，以保证UPS系统内部出现初期异常时，及时发现问题，及时解决。