谈大中功率UPS的输入配电改造

    一、一起典型案例的发生过程和技术分析 

    某日某电力机房发出“嗵”的一声响，值班人员立即进行查看，发现该机房功率为130kva的ups电源并机冗余供电系统发生故障，供电系统框图如下所示。两台ups显示屏无显示、输出指示灯熄灭，设备没有运行声音，所有负载设备已经断电停机。进一步检查后发现ups 2＃机kb（315a）输入空开、接ups系统交流屏的kc（400a）配电空开、交流屏上一级的低压配电室kd（400a）空开及ups 2＃机蓄电池组cb2直流保护空开全部跳闸。

    技术人员通过采取应急措施恢复供电后，打开机器的防护外壳，对电路逐一检查，发现其整流器的正负半桥均有一只可控硅击穿，逆变器的正负半桥均有一只igbt击穿，逆变器的熔断器保险损坏，整流输出直流母排有严重短路打火痕迹。更换损坏部件后，加电试机，设备恢复正常，故障处理结束。

    此次故障从设备损坏的表象来看，整流输出直流母排间隔非常小，所带的都是直流高压电，因此，机内积尘引发此处短路、打火，造成主要功率部件烧坏、系统宕机。但是从ups技术理论上讲，ups不应该因自身局部故障导致系统供电停止，尤其是并机冗余系统，是目前最科学、最安全、最可*的供电方案。那么，是什么原因导致系统输出断电呢？

    不难看出，ups 2＃机kb（315a）输入空开、接ups系统的交流屏的kc（400a）配电空开、接交流屏的配电室的kd（400a）空开共三级相继跳闸，尤其是接交流屏的配电室400a开关跳闸是导致并机冗余系统输出断电的直接原因。下面，根据ups 1＃机当时的事件记录作进一步分析。

    a．18：08：22：290 notice：output ac under voltage （出现输出交流欠压问题）其原因是因为所并联的ups 因逆变器短路造成并联点输出电压下降。

    b．18：08：22：356 notice：input ac under voltage（出现输入交流欠压问题）其原因是因为图1-1 400a开关跳闸引起ups1、2输入交流电压丢失。

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                        图1-1 当前接法                图1-2 改造后的接法                   

    c．18：08：22：356 rectifier off（整流器关机）原因是整流器因输入无电而关机。

    d．18：08：22：374 notice：bypass ac under voltage（旁路电压低）原因是ups1、2发现旁路电压丢失即输入无市电。

    根据ups的工作原理，可以知道当第一条告警情况发生时，因为短路产生严重超载，ups1＃机后备蓄电池组和逆变电路不可以投入工作，系统将无条件向市电旁路切换，但由于图1-1 400a开关已跳开，旁路掉电，系统无法转到旁路，导致断电。

    二、改造方案简介

    ups输入一般分为主路输入和旁路输入（旁路输入具体由分自动旁路和手动旁路），在早期ups工程中，由于未能充分理解ups的工作原理与市电输入方式的关系，没有对ups主输入和自动旁路输入作隔离要求，因而两个输入都是由同一个交流配电屏空开引入，机器内部作连接处理，如图1-1 的供电方式。此接法存在严重的“单点故障”隐患，当设备内部短路，产生严重过载，导致主输入空开跳闸，共用同一空开的自动旁路将同时失效，造成负载断电事故。

    技术人员已经及时就此进行了配电整改工作，将ups内部整流输入与自动旁路输入的跳线拆掉，使ups由单输入变为双输入，即使ups的送电线路由一路改为二路，分别通过两只空开向ups整流和自动旁路送电，见图1-2 所示。从而避免整流输入开关故障跳闸后ups不能转旁路的问题。

    为了规范ups的配电系统，使其更为合理，同时解决ups内部短路故障后旁路同时失效问题，从而提高系统的安全性，我们认为应对在网运行的所有大中功率ups实施输入配电改造，包括单机、双机并机、双机串机。 

    三、具体改造方案介绍

    1、单机ups系统改造方案

    ups单机系统如图3-1所示，标准配置的ups只有一路电缆输入，其主路输入和旁路输入是并接在一起的：

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图3-1 一路电源输入方式

改造后的接线如图3-2所示，系统改造需多加一路3相输入电缆，作为主路输入，多加一个输入开关，作为主路输入开关，原三相四线输入电缆留作为旁路输入。可以看出，改造后的接线方式切断了主、旁路输入的直接联系，从而大大提高了系统的可*性。 

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图3-2 两路电源输入方式

    2、并机ups系统改造方案

    ups并机系统如图3-3所示：两台ups输入均取自市电电网，因此两台ups均需要进行改造，每台ups的改造方式与ups单机系统相同。

    系统改造需系统改造需多加两路3相输入电缆，作为两台ups主路输入，多加两个输入开关，作为两台ups的主路输入开关，原两路三相四线输入电缆留作为旁路输入。

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图3-3 并联ups接线原理图

    3、串联热备份ups系统改造方案

    串联热备份ups系统接线如图3-4所示：主机与从机的主路输入均取自市电电网，但主机旁路输入取自从机的输出。因此主机不需要改造，从机的改造方式与ups单机系统相同。

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图3-4 串联热备份ups接线原理图

    系统改造需多加一路3相输入电缆，作为从机主路输入，多加一个输入开关，作为两台ups的主路输入开关，原三相四线输入电缆及输入开关仍作为旁路输入。考虑到ups串机系统将来要改造成并机系统，需再多加一组三相输入电缆及输入开关，以做备用。

    四、 配电改造的实施情况和效果

    在大家的共同努力下，所有大中功率ups配电均按预定方案实施了配电改造。工程涉及ups系统24个，共计41台ups，其中25台需进行主、旁路分离改造，另14台为串联热备份系统的主机，本工程提供备用输入回路，作为串机系统改为并机系统后使用。改造所涉及的ups品牌型号如下：

∙exide 9305 20k单机系统 

∙exide 9305 20k 1+1串机系统 

∙exide 9305 20k 1+1并机系统 

∙liebert ul33-0300l 1+1并机系统 

∙liebert ul33-0600l 1+1并机系统 

∙雷诺士 80kva单机系统 

∙景龙 20kva 1+1并机系统 

∙先控20k 1+1并机系统

    改造的成功实施，将大大增强网络能源设备的稳定和安全性，对网络配电安全有着深远的意义。

    此项工作属于对在网运行设备实施带电改造，安全责任重大，实施难度大，分工界面复杂，而且据了解在业界尚属首次，没有经验可借鉴，艾默生公司承接了此项改造任务后，经过周密勘察、精心设计，出台了科学的实施方案，改造中付出了辛苦劳动，所有改造都是一次成功！

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