0引言
　　
　　大、中型火力發電機組因機組自動化程度高，熱工微機控制系統對電源連續性要求很高，所以設計上均考慮為熱工微機控制系統配置交流不間斷電源（uninterruptiblepowersystems，UPS）。然而近年來，由于UPS系統故障停電造成機組停運的情況屢有發生，例如：2000年7月，陜西某電廠一臺100MW機組因UPS邏輯控制板故障停電造成機組停運；2002年5月，北京某電廠一臺200MW機組因UPS控制回路故障停電造成跳機；2002年3月，河北某電廠一臺300MW機組因UPS一路熱工負荷回路故障停電造成機組停運。UPS系統的頻繁故障已嚴重影響到大、中型火電機組的安全運行，應引起各有關方面關注。本文針對以上案例進行原因綜合分析，圍繞國內火電機組UPS在設計、產品質量、維護管理上存在的諸多問題進行探討，提出了一些改進意見，希望對提高火電機組UPS供電可靠性起到一定借鑒和促進作用。
　　
　　1目前大、中型火電機組UPS供電可靠性方面存在的主要問題
　　
　　1.1大、中型火電機組UPS配置及負荷設計上存在的問題
　　
　　1.1.1配置設計無統一規范
　　
　　《電力工程設計手冊一電氣一次部分》[1]中對采用微機控制的火電機組UPS配置設計規定：UPS“設備可單臺運行，也可雙套運行”，所舉600MW機組UPS配置范例為單臺配置。DL5000-2000《火力發電廠設計技術規程》[2]13.3.18條規定：“當機組采用計算機監控時，應按機組設置交流不停電電源，交流不停電電源宜采用靜態逆變裝置，不宜再設備用”。DL/T5153-2002《廠用技術規定》4.6.3條中有與DL5000-2000相同的規定。設計規范上的不統一造成國內大、中型火電機組UPS配置出現各種不同方案，即使同容量機組的UPS配置方案也不盡相同。目前大、中型火電機組UPS配置歸納起來主要有以下幾類方案：
　　
　　（1）單臺機組單臺UPS的“一對一”配置方案；
　　
　　（2）單臺機組單臺UPS配置，但不同機組UPS并聯冗余運行（或相互備用自投）方案；
　　
　　（3）單臺機組多臺UPS配置，每臺UPS各帶一部分負荷并互備冗余方案；
　　
　　（4）單臺機組單臺UPS配置，同時，為二臺及以上機組配置一臺同容量的公用備用UPS，即“n+1”配置方案。
　　
　　具體工程采用哪一類配置方案，除取決于機組容量外，還受到設計思路、投資額、建設方意愿等因素影響。
　　
　　對于單臺機組單臺UPS的“一對一”配置方案，當UPS的部分重要熱工負荷沒有配置可靠的備用冗余電源時，一旦UPS裝置因輸出部分或控制回路故障而停電，必然導致機組故障停運。本文引言中前二個案例就屬于這種情況。
　　
　　1．1．2部分重要熱工負荷電源未按備用冗余設計
　　
　　UPS作為不間斷電源，通常認為其可靠性是很高的，電力用靜態逆變UPS一般如圖1所示。
　　
　　正常情況下UPS由機組PC供電。當PC中斷時，逆變器在機組蓄電池支持下繼續向負載提供毫無時間中斷的電源。若直流電源再有故障或裝置內部逆變器故障，靜態開關1與靜態開關2進行快速（＜5ms）切換，轉由機組保安段供電。三路不同型式的獨立電源和兩組靜態開關共同構成了UPS可靠的供電體系。然而UPS的監測控制系統是公用的，它是UPS裝置的“神經中樞”和指揮系統，該系統一旦出現故障，如控制邏輯板或控制回路設備故障，將導致UPS整機故障停電。從這一點看UPS并非*意義上的“不間斷電源”，它也有故障的可能，只是故障的機率較低而已。另外，UPS母線負荷分支開關回路也有發生故障的可能，如引言中第三個案例。所以，為了防止機組UPS故障或UPS負荷開關回路故障，通常對UPS的重要熱工負荷電源設計備用冗余，如圖2所示：
　　
　　雙路電源是互相備用冗余的。可以快速（＜5ms）轉換，目前這種電源轉換在技術上是可以實現的。但實際中，往往由于對UPS供電可靠性過于相信以及設計分工方面的原因（UPS負荷開關以下的設計屬于熱工專業），有一些重要的熱工負荷只設計了UPS供電的單路電源，引言中第二、第三案例就屬于這種情況，或雖然設計了雙路互相備用冗余電源，但雙路均接在一組UPS負荷母線上，并未實現真正意義的備用冗余。引言中*個案例即為此種情況。這樣，當UPS故障停電或單路電源的負荷開關回路故障時，這部分重要負荷就因失電導致機組停運。
　　
　　1.2部分電力用UPS產品設計和質量存在一定問題
　　
　　目前，大容量電力用靜態逆變UPS制造已達到相當水平。其監測控制系統基本上為微機型，可以說是集電力電子、計算機技術為一體的高技術產品。但從投入運行的UPS看，不論進口或國產設備，都存在一些產品設計和質量問題，主要有：
　　
　　（1）UPS邏輯控制板故障。主要是制造質量方面的原因造成的。
　　
　　（2）UPS控制回路，包括各種元件、插件、連線、開關、按鈕等，個別產品也存在質量問題。
　　
　　（3）目前絕大多數UPS的控制回路為單通道，沒有像勵磁調節器、部分重要保護那樣做到控制通道冗余。
　　
　　（4）一些元件、附件壽命與整機壽命相差很大，從而造成UPS整機故障率上升，壽命降低。
　　
　　1.3電力用大容量UPS維護管理方面存在的問題
　　
　　電力用UPS裝置作為應用時間較短的電氣設備，專業管理上不像典型的電氣一、二次設備那樣有明確的專業歸口管理，也缺少統一、成熟的檢修維護管理規范和條例。目前，大多數電廠UPS屬電氣專業管理，但也有些電廠UPS屬于熱工專業管理。從設備結構看，UPS內部一、二次設備互相關聯交叉，小專業界面較難分清。再加上制造廠商“連續*運行XX年”、“免維護”等產品宣傳的共同影響，造成了UPS一些部件、元件乃至整機失修，甚至出現檢修維護工作上的死角。這是影響UPS供電可靠性的另一個主要因素。
　　
　　2針對大，中型火電機組UPS存在問題的幾點建議
　　
　　2.1大、中型火電機組UPS設計規劃方面的建議
　　
　　（1）完善、規范火電機組UPS規劃設計方案。針對不同容量機組，有關方面盡快統一、規范UPS配置規劃設計方案，減少工程設計隨意性。
　　
　　（2）對UPS所有重要負荷電源均設計為互相備用冗余，且兩路互備冗余電源應取自不同電源系統，如圖2所示。所謂重要負荷電源是指短時失電即可造成機組故障停機的重要保護、控制、監測用負荷電源。實踐證明，采取這一措施是非常有效的。本文引言中3個案例如果采取了這種設計，3次故障就都可能被避免。對于原設計不完善的，可通過技術改造來實現。引言第二個案例中的電廠，在故障后就進行了重要熱工負荷雙路互備冗余電源改造，改造后經定期做模擬轉換試驗，驗證改造是成功的。
　　
　　對于非重要負荷，主要是部分監測、信號類負荷，其電源短時失電一般不會造成停機故障。如失電時間較長，也可能造成機組間接異常或故障。但如果均考慮配置互備冗余電源，將使電源系統過于復雜，實際上較難實現。另外，設置了互備冗余的重要負荷電源，也有轉換裝置故障造成轉換不成功的可能，所以，在條件允許時，還應考慮在UPS配置方面進行完善。
　　
　　（3）合理進行UPS配置設計。根據上述內容，對1.1.1中列舉的四種常見UPS配置方案進行分析：
　　
　　方案（1）：系統簡捷，投資少，但供電安全可靠性相對低。
　　
　　方案（2）：系統較簡單，也做到了UPS裝置的并聯（或備用）冗余。近些年發展起來的鎖相同步控制技術已使多臺UPS并聯運行成為可能，但缺點是當UPS負荷系統，特別是母線系統故障時，除影響本機組外，還對并聯（或備用自投）的其他機組的UPS造成沖擊，甚至可能影響多臺機組的安全運行。另外，采用這種配置，單臺UPS容量要在本機組UPS負荷容量基礎上再加上備用冗余的負荷容量，增加了投資。
　　
　　方案（3）：供電可靠性是4個方案中zui高的，但如考慮互相備用冗余，UPS容量必須相應增加，該方案投資額高。
　　
　　方案（4）：目前，已有大型機組采用此方案。每臺UPS容量按單臺機組UPS負荷容量選擇。對于原設計采用方案（1）“一對一”配置的電廠，增設一臺公用備用UPS（可按單機組UPS負荷容量），經過相關控制系統改造，即可實現“n+1”配置。引言案例一中的電廠，在故障后已進行了在原“一對一”配置基礎上增設一臺公用備用UPS的改造。
　　
　　此方案在投資相對較少的情況下，實現了UPS備用冗余，當某一機組UPS故障，備用UPS自動實現不間斷（＜5ms）切換投入供電，即使是UPS負荷母線系統故障，也不會影響其他機組運行。從功能、經濟、供電可靠性幾方面綜合比較看都是*的配置方案。其原理示意圖如圖3所示。
　　
　　各UPS的邏輯控制相對獨立，備用UPS的直流輸入和旁路輸入分別取自不同機組并相互冗余。采用“n+1”配置方案的同時UPS重要負荷電源仍按備用冗余配置。采用這種多層次備用冗余配置后，將使大、中型火電機組UPS供電可靠性大大提高。
　　
　　2.2對改善電力用UPS產品設計和質量方面的建議
　　
　　（1）鑒于大、中型火電機組UPS的重要性，以及UPS控制系統易出現故障的事實，建議借鑒發電機組勵磁調節裝置的經驗，對大容量電力用UPS的控制部分進行雙通道配置，當控制系統的工作通道故障時，自動切換至備用通道運行。
　　
　　（2）提高UPS控制邏輯板和控制系統其他設備的制造質量。各種元器件的篩選在現有基礎上再提高一個檔次。
　　
　　（3）適當優化UPS控制回路，例如可以取消緊急停機按鈕，因為可以用其他方法使設備停下來，多設一個元件就增加了一個隱患點。
　　
　　改善UPS產品設計和質量主要靠制造商來完成，用戶在訂貨時也可提出相應的技術、質量和功能要求，從而促進UPS產品設計和質量不斷提高、完善。目前UPS產品種類繁雜、質量參差不齊，用戶在設備選型時，除其他因素外，應對產品技術性能和質量給予特別的重視，盡量選度高、質量好、信譽度高、售后服務穩定的設備。
　　
　　2．3改善、加強對火電機組UPS的維護管理
　　
　　（1）加強、統一火電機組UPS專業管理。有關部門應盡快明確火電機組UPS專業管理歸口。
　　
　　（2）由于電力用UPS設備復雜、技術含量高，建議其核心技術部分可以制造廠家為技術依托，簽定長期的維護服務合同。但必須明確責任范圍，明確UPS設備及系統的安全責任主要在于電廠，避免出現管理漏洞。
　　
　　（3）加強設備技術管理，明確設備分工，把設備管理責任制落到實處，使UPS的維護管理不出現死角。
　　
　　（4）根據設備用戶手冊，結合設備特點，制定設備運行、維護、檢修規程、條例和定期工作制度，定期開展試驗、傳動、清掃和其他維護工作。對于裝置內部的各種元件，如廠家無詳細規定，可套用電力系統同類設備的檢驗、試驗、維護規定和條例進行維護和管理。保證UPS裝置所有部件、元件處于良好狀態。
　　
　　（5）配備必須的備品配件，特別是控制板等控制回路設備，應有足夠數量的備品。
　　
　　（6）加強電力用UPS運行環境的管理，電力用UPS的運行環境應等同于計算機的要求。UPS配電室溫度、濕度、粉塵濃度以及電磁干擾等指標均應滿足產品要求。
　　
　　3結束語
　　
　　針對目前大、中型火電機組UPS供電可靠性方面存在的問題，采取以下措施是必要的：
　　
　　（1）有關部門統一火電機組UPS設計規范，針對不同容量的大、中型火電機組，盡快規范典型配置設計方案。
　　
　　（2）對短時停電即可影響機組安全的UPS重要負荷電源采用備用冗余設計。
　　
　　（3）在條件允許時，宜采取1臺機組配置2臺及2臺以上UPS或采用“n+1”配置方案。
　　
　　（4）改善、優化產品設計，提高UPS產品質量，控制部分宜研制、采用雙通道。
　　
　　（5）明確電力用大容量UPS專業管理歸口，加強設備定期工作和維護管理，確保設備不失修。改善UPS運行環境。