一次UPS设备烧毁的故障分析

本文中所分析的案例是某机房遇到的实际情况。笔者把它分析总结成文,目的是希望有关用户吸取经验教训,避免类似事件的发生。

故障情况描述如下:该单位使用的是两台GELPS33E40KVAUPS并机运行为计算机机房供电,正常运行时,1号机面板显示负载率为24%,2号机显示负载率19%。后因2号机故障,由1号机单独供电,显示负载49%。随后发生了1号机的故障,导致了全部计算机设备的运行中断。l号UPS出现故障初期,机内冒烟,计算机设备仍未断电,约10分钟后供电系统输出故障,计算机设备断电。

两台UPS为2005年出厂,2007年正式带载运行使用的。最先发现故障的是消防的报警系统,因UPS设备燃烧冒烟,消防的烟感系统最先报警,值班人员赶到现场后发现1号UPS已经冒烟,并有爆炸声。后经查看1号UPS输入滤波电容烧毁,周围电线烧断,一些板件也有不同程度损坏。查看机房监控系统的相应时段的UPS设备的监控记录如下:

根据上述情况,我们对该次事故作出如下分析:

GELPS33E40kVAUPS是工频结构UPS,其整流器是可控硅三相全桥即6脉冲整流,整流器后面的滤波电容应该是450V以下的规格。电容器的容量和耐压随着时间的推移会有所下降。
 

解决方法

可控硅正常的开通时间是受电路控制的,所以才可以使整流电压稳定在电容器耐压值以下。但可控硅在如下情况就会失控:机内温度过高时其漏电流就可打开可控硅;电压突升,比如附近一个大的负载突然关机就可激起一个上升率很陡的高电压,如果其上升率达到或高于20V/ms,其位移电流也可打开可控硅。上述两种情况都可使可控硅成为曾通整流器,失去相控的稳压功能。这种机器的输入整流是按线电压进行设计的,根据测量的数据,相电压是U相=252V,那么对应的线电压就是U线=252×1.731=436V,整流出来的电压峰值就,是436×1.414=617V。这个电压足可以使电容器爆炸或起火了。输入的市电电压过高还可能导致UPS设备的控制故障。分析起来市电的输入电压过高是最可能导致设备故障的原因(不排除设备正常范围内的概率故障)。

我们发现了问题的关键——市电电压过高。解决该问题的最好办法是降低UPS的市电输入电压。降低市电的输入电压应从变压器入手解决,而不能采用稳压器的方法,因为稳压器的稳压范围还没有可控硅整流的稳压范围宽。如无法解决市电输入电压高的问题,另一个办法是采用输入电压适应范围更宽的UPS设备,鉴于这样高的市电输入电压。建议采用IGBT整流结构的UPS设备,较之可控硅整流的设备更适合工作在本案例所描述的工作环境。

变压器的输出电压过高应引起计算机机房用户的广泛关注。根据检测经验,机房内UPS市电输人电压过高极为普遍。UPS市电的输人电压过高多发生在夜间。因为绝大多数用户的计算机机房供电是与办公大楼共用变压器的,办公大楼在夜间的用电负载极低(此时照明、制冷、电梯等用电设备都处于停止运行状态),由于变压器负载率的降低,输出电压升高很多,本案例的事故就是这样酿成的。在进行计算机机房供电设计时应注意这个问题并做好解决方案。采用专用变压器进行供电也可能导致计算机机房的UPS输人电压过高。发生这种情况多是由于设计中对供电的设计余量考虑较大,如采用1000kVA以上的变压器进行供电,但是初期投大使用时的负载率很低可能还不足百分之十,这时同佯会导致变压器输出电压过高的问题。为了克服这个问题,应采用输出变比可调的变压器。笔者不建议采用输出电压自动调节的变压器,根据经验这种变压器的可靠性并不高,经常出现故障。采用带手动抽头调节的变压器应该是解决这种问题比较好的方法。