UPS系统旁路变压器故障原因分析

UPS系统旁路变压器故障原因分析

贾后康

（山东核电有限公司烟台265116）

摘要：AP1000核电站直流系统分为1E级（IDS）和非1E级直流（EDS）系统，每个系统都由不接地固定式蓄电池组、直流配电设备和不间断电源系统（UPS）组成。其中旁路变压器为UPS系统的重要设备，如果出现无法调压现象，则严重影响供电质量，无法保证直流系统运行的可靠性。

关键词：核电站；UPS；变压器；调试引言

AP1000核电站为世界最新技术的核电站，具有非能动的安全特性，其直流系统保证了整个电站运行稳定性。IDS为安全相关设备所需的仪表、控制、监测和其他安全停堆所需的重要功能提供可靠电源，可以在失去所有交流电源并且发生一个设计基准事故同时没有蓄电池充电器支持的情况下，仍有能力为安全停堆提供足够的且可靠的电源；EDS为电站非1E级的控制和仪表负荷、电站运行和投资保护设备以及氢气点火装置提供持续可靠电源。

海阳核电直流系统自2014年开始正式调试，已陆续完成全部直流系统的8台旁路变压器的调试工作，IDS和EDS均有1台变压器出现了输出电压超出±2%限值的故障。

旁路变压器作为UPS设备，主要在逆变器出现故障无法为自身的负载提供电源时，通过静态开关自动切换至旁路继续供电，待逆变器电源恢复或故障消除后，再自动切换至逆变器回路继续工作。若逆变器检修或静态开关切换失效，则通过手动旁路开关切换至旁路运行，从而为负载继续供电且不会给负载带来扰动。具体作用可参考图1：IDSA系统单线图。

调压原理

IDS旁路变压器为IE级设备，相对于EDS中的变压器增加了测量和反馈回路，能够将数据传送至主控，调压原理相同。

旁路变压器主要由通过电机M1驱动的自耦调压器T4、补偿变压器T2、隔离变压器T1和电子控制器N1组成。其中隔离变压器通过调节输入使其输出合适的交流电压，为主调压；自耦调压器及补偿变压器用来调整并补偿输入的变化，实现电压微调，以保持输出电压的稳定。旁路变压器调压原理图如图2所示。

旁路变压器电压微调原理：电子控制器Ｎ１将输出电压与可调的设定值比较，根据比较后的偏移量发送设定的脉冲至自耦调压器的电机Ｍ１；Ｍ１驱动机械部件调整自耦调压器Ｔ４的二次线圈，调整后的二次线圈两端电压作为输入电压送至补偿变压器Ｔ２的一次线圈；Ｔ２的二次线圈压降将根据一次线圈压降的变化而改变，因其串联于输入主回路中，从而补偿输入电压的偏移量，保证了输出电压稳定。在输入电压的偏移量为±10%时，旁路变压器输出电压精度可达±2%；此外，负载的改变不会影响输出电压的精度。

故障原因及分析

根据旁路变压器的结构和原理，分析可能原因有以下方面：

输入电压超出限值。根据设计标准，旁路变压器的正常输入电压调节范围为380v±10%，如果变压器输入电压超出限值，则输出电压不能满足需求。

IDS中N1型号为NLR2012，EDS中N1型号为NLR7000

图2：旁路变压器调压原理图

控制回路线路故障。控制回路含T2、T4、M1和N1四个设备，有很多控制线缆，如果出现线缆未端接形成开路或端接错误，则丧失电压微调功能。

机械传动装置卡涩使转动力矩需求增大。若机械传动装置锈蚀、卡涩，将增大起动转矩和负荷转矩，造成电机无法起动的故障。

驱动电机M1本体故障。驱动电机故障或设计功率不足时，将无法为负荷提供足够的力矩，进而造成电机堵转。

电子控制器N1本体故障。电子控制器设备故障或参数设置有误，引起微调功能丧失。

故障排查

按照调试期间设备故障原因排查方法：先排除外部原因，再检查内部；先整体再局部的原则，正确的故障处理步骤如下：

（1）、测量旁路变压器的输入电压值。旁路变压器上游电源来自全厂的主交流电400V系统，用万用表测量上游输出开关电压，确认是否符合要求。

（2）、线路检查。按照厂家原理图，对主路及控制回路的每一路接线进行核对，重点核对至电子控制器的接线，确认端接是否正确，线路是否导通。

（3）、对机械传动装置进行目测和手动操作。主要检查有无锈蚀、卡涩，传动装置水平、齿轮啮合及与电机对中情况，确认传动正常。核电厂建造在海边，湿度较大且有腐蚀性，如有设备保养不当，容易引起传动装置的锈蚀和卡涩，如出现此情况可涂抹黄油进行润滑。

图3：IDS和EDS系统的N1模块实物图

（4）、驱动电机M1检查试验。将驱动电机拆下，对其外观、直流电阻及绝缘电阻进行测试，是否符合要求。如不符合要求则更换新电机。

（5）、电子控制器N1检查。首先对N1进行外接电源，如电源指示灯亮，说明N1工作正常，参数不符合要求。IDS中N1型号为NLR2012，参数不可调，如果前面步骤无法排除故障，则需更换N1；EDS中N1型号为NLR7000，其参数可以通过串口由电脑进行修改。设备如图3。

结论

IDS系统的旁路变压器控制回路线缆存在虚接：由于IDS的N1模块具备手动调节驱动电机电流的旋钮，在IDS旁路变压器运行时，调试人员首先通过手动调节旋钮，发现电机传动机构拒动，初步断定控制线缆端接有问题，查线发现有一处线缆虚接，断电后重新接线，传动机构可以正常滑动，调压功能恢复正常。

EDS系统电子控制器N1参数设置不当。具设备厂家介绍，驱动电机M1采用软起动方式，可使电机平稳起动并降低起动电流，软起动所需的起动转矩则由初始电压决定，也是电机能否起动的基本条件。初始电压使电机产生足以克服机械设备静摩擦的初始转矩，从而拖动设备开始转动。然而该厂家向AP1000核电站的提供的旁路变压器碳刷比其它规格电站的多，故其所需力矩增大，而厂家仍采用原设计参数，初始电压无法提供所需的起动转矩，故电机发生堵转。提高起动转矩的最低电压值后，传动机构动作正常，调压功能恢复。

在整个调试过程中，难免出现很多设计、到货、安装质量及设备问题，调试人员需要及时总结处理方法的经验，为同类型机组的安装调试提供借鉴，杜绝相同缺陷的重复发生，保证电厂设备的可靠运行，是一名核电人应尽的义务。

参考文献

[1]Operation&MaintenanceManualforDCUPS，Wettingen：GUTORElectronicLTD，2004.

[2]DrawingWiringDiagramforDT01,GUTORElectronicLTD，2004.