UPS故障原因分析及处理

厉海斌

（浙能阿克苏热电有限公司，新疆 阿克苏 843000）

UPS负责向电厂的测量、控制和保护等各类重要负荷提供连续可靠的不间断交流电源，属于电厂重要且精密的设备，为电厂的安全稳定运行提供重要保障[1-3]。本文介绍了UPS的运行方式及切换过程，对UPS的常见故障及实现原因，以及UPS故障处理方法进行了探讨总结。最后以浙能阿克苏热电1号机组UPS发生故障作为案例，分析其故障原因并提出故障排除的方案。

1 UPS的运行方式及切换过程

1.1 UPS的正常运行方式

正常运行时，负荷由主电源经整流器、逆变器供电，直流电源和旁路电源处于备用状态，UPS主路输入开关NFB1（QF1）、UPS旁路输入开关NFB2（QF6）、UPS静态检修旁路输入开关NFB3（QF3）、UPS逆变器直流电源开关K5（QF2）和UPS输出开关NFB4（QF5）合闸。检修旁路开关NFB5（QF4）分闸。

1.2 UPS的自动切换过程

当整流器输入交流电源失去时，逆变器将自动地、不间断地切至直流电源供电方式。整流器输入交流电源恢复时，自动恢复到正常运行方式。当逆变器直流电源侧电源中断、直流电压低或逆变器故障等情况下UPS自动切换至静态旁路电源供电方式，一旦条件返回到正常情况，则自动返回到逆变器供电方式。

1.3 UPS的手动切换过程

当UPS装置需要检修时，则由检修旁路电源供电，将检修旁路开关NFB5（QF4）合闸，将UPS输出开关NFB4（QF5）分闸；UPS必须在静态旁路供电时，才允许将UPS切至检修旁路（即UPS从逆变器向检修旁路切换时，必须在静态旁路状态下进行）。UPS在逆变输出模式时，严禁合上检修旁路开关NFB5（QF4）。

2 UPS的常见故障及原因分析

2.1 UPS系统电阻故障

电阻本身是一种发热的元器件，在进行通流运行时很容易由于电阻发热量过大或通风冷却不良等原因造成热量积聚发生故障，且电阻是电子设备中使用频率较高的元件，因此在电子设备故障中，由电阻故障造成的概率比较大。主要原因与电阻本身的制造过程、材质选用、组织结构、使用环境和散热条件等有着密切的关系。电阻故障主要分为致命失效和参数漂移2种，其中电阻在使用过程中因发生机械碰撞、过热击穿，从而造成短路、断路现象，就是致命失效[4]，而电阻在使用过程中因年限过长、环境劣化、温度过高等原因造成电阻值严重偏移的现象称为阻值漂移。

2.2 UPS系统电容故障

电容是UPS系统整流回路中主要的组成元件之一，电容常见故障主要表现为漏液、电容开路、通电击穿、参数偏移及电容失效等。造成这些电容故障的主要原因有年限过长、机械损伤和介质不纯等，本次阿克苏热电有限公司在1号机UPS检修过程中对整流回路电容器进行检查时，发现其中2个电容器参数偏移严重并进行更换处理。

2.3 UPS系统控制板或驱动板故障

控制板或驱动板是控制UPS系统整流、逆变启停的重要元件，都是由高度集成的电子元器件组成，属精密器件，技术含量高，结构紧凑，体积小，使用环境要求较高。当其高度集成的任一元器件损坏或通信回路丢失，均可能造成UPS系统失去控制，致使UPS系统发生电源切换，如由主路电源供电切换到直流供电，或切换到静态旁路供电，降低供电可靠性，严重时还可能造成UPS系统输出中断，影响机组及设备安全。

3 UPS系统故障常用处理方法

UPS系统故障常用的处理方法一般可分为直接观察法、分级压缩测试法及其他特殊检测法。

3.1 直接观察法

当UPS系统故障现象比较明显时，可通过“看”“听”“嗅”“摸”等方式，直接利用人体感受器官来进行观察判断，这种方法实用性强，操作简单，而且较为行之有效。事实上，直接观察法在各类设备的故障检修中均发挥着较为重要的作用。运用直接观察法进行UPS系统故障判定时，相对来说比较依赖于个人的经验积累，一般需要根据观察者本人的实际经验，针对其认为UPS系统有较大可能发生故障的部位或故障发生频率较高的部位进行重点检查，通过个体感受来对发生的明显故障进行简单的初步判断。利用直接观察法进行UPS系统各类故障检测时，也要从多侧面、多维度进行检查，从眼看表象、耳听声音、鼻嗅气味和肤受触摸等由表及里、从简单到复杂逐步深入，进行检测，确保故障判断的全面正确。

“眼看表象”是诊断各类设备故障的基础，UPS系统故障的诊断也不例外，按照一般的步骤，首先要观察UPS系统有无出现明显的烧焦和冒烟的现象，观察烧焦和冒烟的部位是否有外物相连，判断是否是由外物引起的线路短路所导致；然后检查有无严重破损的元件或线路，包括电容器漏液、电阻器爆裂及导电体绝缘外套的破损等；再次还要检查UPS系统内部元件有无发生变形、元件联接部位或固定部位螺丝有无松动等；最后还要检查每一个控制板、驱动板和通信板等卡件的有无松动、接触不良等。通过观察UPS系统中外部表现出的现象，直接判定UPS系统中的故障点，从而对检查发生的故障进行解决处理。

“耳听声音”亦是直接观察法的有效手段之一，也是检查UPS运行中有无故障的关健步骤。UPS系统在正常工况下产生的声音符合一定的规律感，对于熟悉UPS系统运行，尤其是经常接触它的运维人员来说，可以将UPS的运行声音与日常熟悉的正常运行声音进行综合对比判断，从而判定UPS运行是否处在正常状态。正常运行的UPS元件中接触器、继电器的吸合肯定都会有一定的声音，其中变压器、电抗器中的铁芯、线圈等在正常工作时也会有一定的电磁声产生，但当有元件出现故障时，就可能会对声音的产生形成影响，发生畸变，通过对UPS不同工况下运行时声音变化的比较来判断发生声音畸变的来源，可以初步确定UPS出现故障的部位。

“鼻嗅气味”也是诊断UPS元件有无故障的方法之一，是利用了人体的嗅觉感官对异常气味的敏感反应。当故障电流或短路的大电流通过导体或元器件时，会有高温产生，高温对导体表面的绝缘层或元器件肯定会产生一定的影响，严重时甚至可能引起烧焦或电弧灼伤，因绝缘过热产生刺鼻的气味或电弧产生后空气中形成的气体电离的异味，这些不正常气味的出现表征UPS运行过程中肯定有故障出现，通过跟踪产生这些异味的源头，也可初步确定UPS可能出现故障的部位。

“肤受触摸”就是通过皮肤，主要是用手来对一些元器件进行触摸，如皮肤感受元件温度的变化，如运用轻摇元件方式来判断有无出现冷焊、虚焊现象，各控制板件、接线是否牢固等。当然，通过感受触摸来对UPS设备判断故障时，较多情况下是凭个人感知来进行故障判断的，这就对于检查人员的工作经验提出了更高的要求。

3.2 分级压缩测试法

当UPS系统故障现象不明显、故障范围不明确时，可利用分级压缩测试法对UPS系统故障范围、故障原因和故障程度进行检测，逐级压缩，减小故障查找的范围，便于更快地确定故障点。UPS故障的类型繁杂，表现出来的现象千差万别，每个个体对故障查找及处理的方式、方法和手段会各有差别，运用分级压缩测试时也会各不相同，如有些人喜欢采用中分测压法、有些人习惯采用中分测阻法等。在采取应用这些方法进行故障检测时，亦可分为采用静态方法和动态方法2种。当采用静态法进行故障查找时，一般是利用中分测阻法进行，对设备运行电路状况进行检测，来缩小设备发生故障的范围，从而帮助查找判定故障发生点。当采用动态法进行故障查找时，一般是利用中分测压法进行，通过对设备工作回路中的电压波形运行形态进行检测，来缩小判断设备发生故障的范围及程度。

3.3 其他特殊方法

UPS系统有时也会出现一些特殊的故障，运用常规的手段无法及时地查找出故障点，这时候就需要采取一些特殊手段、特殊方法来进行检查，以缩小故障范围，确定故障原因。比如冷焊、虚焊、局部放电和局部氧化等，对于这种类型的故障，可采用敲击振动法、局部加热法等特殊手段进行检测，来帮助确定故障点。在采取敲击振动法进行设备故障检测时，敲击振动过程应小心谨慎，保证击打部位的振动受力在允许程度之内，应使用非金属体进行打击，避免击打元件表面出现刮痕或短路现象，避免由受力过大造成设备元件的其他损坏。运用局部加热法对部分因温度急剧变化而产生的故障进行检测时，应减小检测范围，仅针对故障发生可能较大的部位进行加热，过程中可以采取热吹风或安全加热体2种方法进行。在对设备进行局部加热的过程中，要使用合理的加热温度，保证受试的设备正常元器件不产生损环。

4 浙能阿克苏热电1号机组UPS故障排除案例分析

4.1 UPS故障概况

浙能阿克苏热电是浙江省迄今为止最大的产业援疆项目，位于新疆维吾尔自治区阿克苏纺织工业城东北部，项目总投资34亿元，于2017年5月24日全面建成2台35万kW超临界热电联产机组并投入商业运行。每台机组各配有一台深圳市正昌时代电气工程有限公司生产的型号为GTSI-80 K，额定容量为80 kVA的交流不停电电源装置UPS，交流输入电压为三相三线380 V±10%，输出交流电压为单相220 V±2%，50 Hz±1%。UPS采用静态逆变装置，不自带蓄电池，直流电源由主厂房直流系统提供。UPS系统包括整流器、逆变器、静态转换开关、旁路变压器、手动旁路开关和交流配电屏等。负责为电厂的测量、控制和保护等各类重要负荷提供连续可靠的不间断交流电源。

2022年2月24 日16：54，1号机DCS收到UPS系统异常报警，查看光字牌显示：UPS综合报警、UPS逆变器故障、UPS旁路供电报警、UPS交流输入故障、UPS电池电压低，以及UPS逆变器同步故障。

4.2 故障原因分析

4.2.1 设备检查情况

1号机UPS在静态旁路运行，馈线柜带负载正常；UPS主路输入开关NFB1跳闸、直流1 A段1号机组UPS直流电源开关跳闸。查看UPS主机柜外观无异常，旁路柜运行正常。18：25，将1号机UPS切至检修旁路运行，UPS主机关机。打开UPS主机柜前后柜门检查，情况如图1所示，发现第1个整流器有打火痕迹，拆除该整流器驱动板后，进一步发现下方第1个可控硅爆开，相连接的直流、交流铜排均受损。

图1 故障后第一个整流器实物图

继续检查第2个整流器的情况，如图2所示，发现整流器控制板上1根配线断线，上部整流桥连接铜排有轻微受损。

图2 故障后第二个整流器实物图

检查UPS主机柜其余元器件无打火、变形和脱落现象，快速熔断器正常。

4.2.2 报警信息分析

机组UPS的报警信息记录可总结见表1。

表1 UPS报警信息记录

4.2.3 故障原因分析

结合报警信息记录、元件损坏及开关跳闸情况，推断故障顺序。

（1）整流器的第一个SCR整流桥因老化发生爆裂，导致输出直流的正极、负极铜排短路，在冲击作用下，引发逆变回路故障，同时直流电源开关跳闸，UPS自动切至静态旁路运行。

（2）整流器的SCR整流桥击穿，导致交流侧短路，使主路输入开关跳闸，此时逆变器电压异常，同步故障。

（3）直流回路电容放电，使直流电压低于180 V，逆变器停止工作。

4.3 故障处理

故障处理过程如下。

（1）将1号机UPS切换到检修旁路运行。

（2）测试新采购的板件正常。

（3）隔离UPS后，拆除并更换1号机UPS烧损的板件。

（4）检查电容器、逆变器、整流器、静态开关等元器件设备正常。

此外，为确保修后的UPS切换功能正常，输出稳定，避免试验过程对UPS旁路供电产生影响，确保旁路输出稳定安全，特对修后UPS在空载情况下进行切换试验及输出电压测试。完成上述处理操作后，故障被有效排除，UPS恢复正常方式运行。

5 结论

由于UPS系统自身的原理与技术十分复杂，不但系统内部的组成元件多，而且其中大部分元件都是精细部件，这些精细部件对于外界环境的要求非常高。因此，对于UPS系统而言，各类外界环境因素影响都非常有可能对其内部元件造成污染。一旦这些精细的元件受到污染，就容易发生故障，失去其原来的功能，甚至可能因此引起整个UPS系统的瘫痪。基于这样的事实，营造一个良好的工作环境是保证UPS系统的正常运行的基础，有利于减少由外界因素而导致的系统故障。