1 机组及设备概况

某660 MW机组配置“1+1”直接并机型冗余UPS（Uninterruptable Power Supply，不间断电源），热控设备配置UPS和保安段两路冗余电源，经艾默生ASCO-7000静态切换装置切换成一路对热控设备供电，该装置控制器延时切换时间设定为1 s，通过3个Schneider-Electric（施耐德电气）iC65N C1A型空气开关送至各台给水泵电控柜的电源模块，为A、B、C 3台电动液压给水泵的液压耦合器勺管供电，供电回路见图 1。

2 事件过程

2017-04-17机组1号UPS故障报“出口短路”信号，退出运行，进行检修。11：30：00，机组机锅协调运行，AGC（Automatic Generation Control，自动发电控制）、一次调频系统、RB（Run Back，辅机故障减负荷）均正常投入，机组负荷600 MW，给水流量1823 t/ h，主汽流量1611 t/h。

1号UPS检修结束后，报警故障清除，启动UPS逆变模块进行装置试验，投入主回路电源，启动1号逆变模块。11：30：45，UPS失电，部分操作员站黑屏，A、B、C给水泵勺管位置反馈故障，给水流量急剧下降，A、B、C给水泵勺管操作不动；11：30：52，锅炉MFT动作，汽轮机跳闸，发电机解列，首出给水流量低低保护动作。UPS大约30 s后恢复供电。

3 原因分析 3.1 机组UPS配置

“1+1”直接并机型冗余UPS供电原理如图 2所示，将2台相同型号和相同额定输出功率的UPS逆变器输出端直接并联，为每台UPS配置1块“1+1”并机控制逻辑板，每台UPS承担一半的负载电流。如果其中1台出现故障，系统会自动将这台UPS脱机，让另1台UPS继续向负载供电。相对冗余热备式的UPS供电系统，“1+1”直接并机型冗余UPS供电系统对UPS的冲击较小^[1]。但“1+1”直接并机型冗余UPS供电系统仍存在如何避免在直接并机的UPS之间出现环流的技术难题，即直接并机的UPS输出的电流只能流向负载，不能在2个UPS之间流动。

3.2 事件原因分析 3.2.1 事件追忆

检查发现热控UPS电源失电，已从UPS主电源切换到保安段备用电源；给水泵勺管控制电源空气开关跳闸，且跳闸时手动合闸失败。将Schneider-Electric iC65N C1A型空气开关更换为Schneider-Electric iC65N C10A型。合给水泵勺管控制电源，给水泵勺管操作正常。

查看2017-04-17T11：30—11：50的UPS输出、给泵勺管位置反馈、给水流量、MFT动作历史曲线及保护动作情况，2号UPS主回路切自动旁路运行，切换时间约为27 s，引起热控电源柜UPS电源瞬时失电，热控电源柜自动切换开关动作，从UPS电源切至保安段电源运行。A、B、C给水泵勺管电源空气开关因热控电源切换过程中电流冲击大而跳闸，3台给水泵勺管同时失电关闭，导致机组给水流量低低保护动作，锅炉MFT动作；汽轮机主汽阀关闭，发变组保护程跳逆功率保护动作，发电机出口开关跳闸。11：50：00，手动恢复1号、2号UPS主回路运行。

3.2.2 1号、2号UPS之间存在较大环流

在启动机组1号UPS逆变模块进行装置试验时，投入UPS主回路电源，启动逆变模块；逆变模块的启动使1号、2号UPS之间出现较大环流，导致2号UPS主回路切自动旁路运行，且UPS装置记录UPS主回路切旁路的切换时间较长，约37 s。

“1+1”直接并机型冗余UPS供电系统的2台UPS逆变器输出电源应处于同相、同频率、同幅值的同步跟踪。如果2台UPS的逆变器输出电源仅幅值相同，相位和频率不同，如图 5a所示^[1]，在1号和2号UPS幅值和极性都随时间变化时会产生瞬态电压差；如果2台UPS的逆变器输出电源同步，即相位和频率相同，但幅值不同，如图 5b所示^[1]，在1号和2号UPS幅值和极性都随时间变化时也会产生瞬态电压差。这个电压差，将在2台UPS之间产生高电势流向低电势的环电流，而且图 5a情况比图 5b情况的环电流危害更大，因为过大的环电流能烧坏UPS的逆变器^[2-3]。

因此，在投入1号UPS主回路电源、启动逆变模块过程中，产生逆变电压和输出电压，且2个电压值都小于UPS主回路电源的输入电压，即额定输出电压，而逆变电压增大了2号UPS主回路电源的输出电压，也增大其正向电流，导致1号、2号UPS之间出现较大环流，引起UPS2号逆变器保护动作，使2号UPS主回路切自动旁路运行。

3.2.3 电源切换时冲击电流大

当UPS电源故障或失电时，切换至备用保安段电源，在UPS电源恢复正常供电30 min后，自动由保安段电源切换回UPS电源。在UPS电源恢复供电时间小于30 min时，可手动将保安段电源切换至UPS电源；但如果手动进行保安段电源与UPS之间切换时，手动切换电源的时间间隔必须≥5 min。因2号UPS主回路切自动旁路的时间约为27 s，而1号UPS在启动阶段，因而引起UPS失电、热控电源柜1号UPS电源瞬时失电。热控电源切换装置检测到UPS电源故障，热控电源柜自动切换开关动作，从UPS电源切至保安段电源运行，其切换电流较大，切换时间较长，通过调取历史趋势曲线，发现切换过程中一次风机振动出现信号坏点、给水泵振动出现尖峰波动。

用WFLCB型便携式电量记录分析仪在A给水泵勺管控制电源开关处进行测试，结果表明，切换前电流0.865 A，录波记录时间设为20 s，切换产生的冲击电流和时间见表 1。

通过试验得出：由UPS电源向保安段电源切换，产生的冲击电流很大，是A给水泵勺管控制电源开关产生的冲击电流的7倍多，易引起相关电源过流跳闸或信号波动，如给水泵振动突变；切换时间大于1 s，甚至达到1.35 s，易引起计算机及电子产品失电或重启，如一次风机振动断信号消失。通过SY3001C智能三相相位伏安表测得Schneider-Electric iC65N C1A型开关冲击电流与其C曲线和特性技术参数一致。UPS供电系统输入电源引自400 V PC保安1B段，而机组汽轮机侧保安段电源引自400 V PC保安1A段，二者相位差造成UPS电源向保安段电源切换产生的冲击电流较大。由于UPS系统有隔离器、整流器和逆变器，因此可以缓解保安段电源向UPS电源切换产生的冲击电流。

给水泵勺管控制电源空气开关型号为Schneider-Electric iC65N C1A，通过查看Schneider-Electric iC65N系列小型断路器选型手册的C曲线和特性，C1A—C4A和C6A—C63A的瞬时脱扣动作范围均为（5~10）I_n（I_n为额定电流）。为了进一步验证给水泵勺管控制电源此类空气开关脱扣动作电流和时间，采用直接给空气开关加电流形式进行试验。选择2只型号为Schneider-Electric iC65N C1A空气开关，标记为DK1和DK2。对DK1在热态情况下加电流，记录脱扣时间，对DK21在冷态情况下加电流，记录脱扣时间，冷、热态试验数据见表 2和表 3。A、B、C给水泵勺管控制电源空气开关在合闸时处于热态，因此可以确定是由于电源切换时的冲击电流引起空气开关脱扣跳闸。

另外，艾默生ASCO-7000系列静态电源自动切换装置控制器有相序自诊断功能和延时切换设定，延期切换时间为0~5 min 59 s可调，一般出厂延时切换时间设定为1 s。通过分析上述切换时发生的信号消失、切换时间超时、切换时间相差大、切换电源相位差大等现象，证实自动切换装置控制器设置不合理，延时切换时间设定过长且输入冗余电源存在相位差^[4]。

4 优化方案 4.1 UPS供电系统的并机逻辑控制板控制逻辑

在“1+1”直接并机型冗余UPS供电系统的并机逻辑控制板中增加控制逻辑判据，即1台退出运行的UPS与另1台运行的UPS进行并机运行的条件设定为“要并入运行的UPS的电源输出闭锁”，这样才能按步序投入其主电源开关、启动整流器和逆变器等^[5]。

4.2 给水泵液力耦合器勺管控制电源

（1）原给水泵勺管控制电源Schneider-Electric iC65N C1A型空气开关容量过小，而随后更换的Schneider-Electric iC65N C10A型空气开关容量又过大，容易烧毁后面的220 V AC-24 V DC电源模块，或造成其下级回路接地及短路，引起越级开关跳闸，造成更大范围设备系统失电。通过上述测试试验和重新核算各供电设备电源容量，将给水泵勺管控制电源空气开关更换为Schneider-Electric iC65N C2A型，该型号开关承载过电流为2×（5~10）I_n，可安全躲过UPS电源与保安段电源切换的电流冲击。

（2）热控控制的保安段电源应取自与UPS输入的同段电源，实现两电源同源，使两路电源的相位、频率、幅值同步，降低两路电源切换时产生的冲击电流。

（3）在给水泵勺管控制电源空气开关和220 V AC-24 V DC电源模块之间增加1个稳流器，消纳切换过程产生的冲击电流。

（4）取消图 1中给水泵液压耦合器勺管控制柜的220 V AC-24 V DC电源模块前的10 A空气开关，以简化电源回路，减少故障点，提高电源可靠性。

4.3 静态自动切换装置控制器参数设置

鉴于电源切换时发生的信号消失、测试切换时间超时、切换时间相差大、切换电源相位差大等现象，将ASCO-7000自动切换装置控制器延时时间由1 s修改为0 s，若其中一路电源发生故障就立即切换到备用电源，保证切换时不会使所带设备仪表失电及失信号。

5 结束语

通过改进和完善UPS运行和检修切换方式、变更热控保安段电源与UPS电源相位、更换给水泵空气开关容量等措施，解决了热控电源切换产生强冲击电流及设备系统跳闸和烧坏问题。优化后，该660 MW机组再未发生电源故障及由电源故障引起的不安全事件。以上措施为采用UPS和保安段双回路电源供电的电源设计、运行和维护保养提供了借鉴。另外，建议定期进行电气设备系统的电源切换试验和检查，以确保设备系统电源的安全可靠^[6]。