对核电厂常见UPS故障及应对措施探讨

对核电厂常见UPS故障及应对措施探讨

刘伟

中核核电运行管理有限公司浙江海盐314300

摘要：随着社会的发展，国家对能源的需求量连年增加。核电厂作为应对我国能源需求的一个产能利器，其设备的维护是非常重要的。其中UPS作为核电厂的非常重要并且精密的设备，保障了核电厂的稳定且安全的运行工作。UPS是一种应对核电厂这种负荷非常大的一种供电方式，其重要性不言而喻。本文通过分析核电厂的几种常见UPS系统，并对比这几种UPS的配置方式和运行方式，找出常见的UPS故障，并探讨相应的应对措施，希望对本行业有一定的借鉴意义。

关键词：核电厂；UPS故障；应对措施；探讨

一、引言

在2011年，发生了一件大事，那就是日本的福岛核电站泄漏事件，这起事件引发了国际和国人很多人的关注，目前国家很重视核电厂的事故安全工作。福岛核电站的核泄漏事故主要是因为核电厂的应急电源出现了问题。这次事件给与我们的启示就是我们必须提升核电厂的供电系统的稳定性，发展一种可以具备稳定性更高的可靠的不会间断的电源系统。即UPS供电系统。这种系统可以把和核电站的安全性和稳定性提升。

二、什么是UPS供电系统

UPS供电系统就是一种由整流滤波回路、充电回路、蓄电池、逆变回路和控制回路还有自动切换开关组成的系统。这种系统的作用主要有两个：第一个就是为了应对应急事件，当电厂的电源突然停电，在UPS供电系统的作用下可以保证设备的正常运行，使核电厂正常运行。第二个就是可以把市电上面的电涌和瞬时高低电压污染等消除，目的就是改善电源的质量和下游负荷的稳定运行。

三、UPS供电系统的种类

1、后备式UPS：这种供电系统模式是作为市电的后备存在的，当市电处于正常的时候，电源系统是采用市电的，并且市电还对应急蓄电池进行供电。这种UPS的特点就是它的结构非常简单，产品价格也很便宜，缺点就是输出电压的范围不宽，输出的电压的波形的质量也不是很高，切换的时间也是很长的，在关键的供电地点和时间是不适合使用的。

2、在线式UPS：这种供电系统就是在市电正常的时候也会使用逆变器对负载供电的，逆变器状态是热备份的。在线式的UPS供电系统具有广泛的市场，但是也存在缺点，就是因为逆变器一直在工作状态，所以在线式UPS供电系统的效率一般不高。

四、易出现的故障

核电厂的常见UPS供电系统的主要故障有电容老化击穿事故、电解电容老化和电容寿命到期等问题。

1、电容老化击穿事故：直流电容一般存在于整流器的正负极之间，如果电容器老化击穿，那么对在输出端两端会发生短接的现象，会导致主回路直接损毁。针对一些老式的UPS供电系统，基本是这种射界，很容易出现电容老化，导致击穿，最终主回路损毁，设备不能使用。

2、电解电容老化：电容器老化基本的原因主要有两个，一个就是因为元件内部的热量导致的化学反应，介质材料的绝缘恶化。还有一个就是漏电，当电容介质材料在施加电压之后，理论是认为绝缘的，但是也会存在部分微笑的电流，导致局部热量增加。针对电解电容器，当内部的电解质流失，那么电容值就会降低。当一组电容器中，只要发生一个击穿，那么就会造成事故的发生。我们目前主要使用的是电解电容和薄膜电容，正常来说，电解电容的容量提交要大于薄膜电容，但是电解电容的寿命和安全性并不能和电解电容比较。并且薄膜电容具备耐压高且电流承受能力大等优点。所以薄膜电容正在逐步取代电解电容。

3、电容寿命的预估：设备往往会因为长时间的使用，并没有跟上更新换代的步伐，导致设备内部的电容器件寿命到期，导致设备无法正常使用，这个时候就需要我们队电容器的寿命进行估算，估算的方法有很多，比如通过计算电解质的剩余量去计算电容器的剩余使用时长；可以评估算上的电容器的等效串联电阻；可以通过理论计算电容器的核心温度等。但是电容器的寿命评估必须遵守一个原则，就是理论计算知识在理论的环境下，所以在实际中并不等于百分之百的正确。

五、故障举例

针对核电厂常见的UPS故障主要是电容老化及其寿命到期这些问题，当我们发现问题时候，应该及时排查，更换，保证核电厂的正常运行，避免核电厂的事故的发生。下面，我们列举出我国某电厂的某机组出现的故障，就这次故障问题进行描述：在没有任何报警的境况下，UPA供电系统自动关机，UPS供电切换逻辑失效，输出终端，导致鞋油的负荷没有了电源的支撑。根据故障的描述，检修人员经过排查，发现原因在控制回路，因此针对UPS电路的主控板进行了全面的排查工作。

1、主控板的排查：作为UPS控制电路的核心，主控板的主要功能为整流模块、静态开关和逆变模块的控制工作，也可以对UPS运行状态进行监控工作，还可以与主面板之间进行通讯，针对开关进行信号的切换工作等。首先检修员对硬件进行了检查，针对主控板的硬件检查，并没有发现内部的元件有任何的损坏和接线是否有松动的问题，之后又对控制主板进行了功能性的检测工作和光学性的实验工作，并且根据检测结果分析表明，试验参数均在可以接受的范围之内。之后，检修员又对固件进行了分析，把事故堆栈信息作为对照组，进行分析和实验所有可能导致UPS供电系统发生异常的信号，发现当在UPS内部有一个即使拥有5V的控制电压进行干扰后的结果，就是UPS供电系统的失误关机。根据上述的检修工作，我们可以肯定导致UPS供电系统关机的主要原因就是异常信号对装置的干扰工作，引发了主控制面板对UPS的关机命令发出，造成的失误关机。

2、分析干扰源：我们对整个UPS进行详细的并且全面的检修工作，发现主要存在两个问题：1）、部分配件存在不合理的情况，UPS控制回路具备公共端，这个公共端口会在RC的滤波后进行工作。但是检查后发现，此台仪器并没有安装这种转换器，所以导致在外部出现干扰信号，进入控制面板导致控制电压的控制面板发生波动，引发主控板的失误指令发出。2）、安装接地装置的不规范：经过检修，检修人员发现此台仪器并没有按照国家的标准进行接地安装，实际的安装是把UPS供电系统的PE排和接地干线相连接，这种安装方式对干扰信号的阻挡基本为零。

经过了上述的故障排除，此台仪器的UPS供电系统在运行长达3年之后的瞬间内，并没有发生一次停机故障，从而验证了检修人员的检修原因排查的正确性。

六、结论

针对目前国家处于高速发展期的现实情况，核电厂在目前和未来的很大一段时间将会有一个大的发展期，那么核电厂的安全运行就是重中之重。UPS供电系统作为保证核电站设备的不间断供电的系统，对于它的安全可靠性是非常重要的。当面对UPS供电系统的故障，我们应该及时的进行判断并做出合理的应对措施，及时补救，才能避免事故的发生。我们应该根据核电厂的用电环境选用合适的UPS供电系统，并且及时排查主板上面呢电容器件，避免因为电容器的损坏，造成更为严重的事故的发生。总之，当发生问题时候，及时发现问题，正确分析故障原因，合理处理故障，定时检修。

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