· 同一母線段的其他饋線負(fù)載未投入。

此狀態(tài)可簡(jiǎn)言之為：“一主一備”并聯(lián)模式，其中“備機(jī)”UPS-1.2空載熱備份。

2.2事故過程回顧

2024年6月24日及9月24日，在進(jìn)行單臺(tái)UPS（UPS-1.1）帶729kVA（125%額定容量）假負(fù)載運(yùn)行10分鐘的測(cè)試中，事故重復(fù)發(fā)生。測(cè)試進(jìn)行至約8分鐘時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員聞到強(qiáng)烈焦糊味，隨即發(fā)現(xiàn)空載的UPS-1.2輸入開關(guān)柜內(nèi)冒煙。緊急執(zhí)行分閘、卸負(fù)載、關(guān)機(jī)操作后，將斷路器拉出檢查，發(fā)現(xiàn)其底部（電源進(jìn)線側(cè)）A、B兩相接線端子嚴(yán)重發(fā)燙，初步判斷為內(nèi)部過熱。 

2.3 事故復(fù)現(xiàn)測(cè)試（2024.9.26）

為捕獲故障本質(zhì)，我們于9月26日設(shè)計(jì)了完全復(fù)現(xiàn)6.24工況的測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)部署了5臺(tái)電能質(zhì)量分析儀（FLUKE 435、YOKOGAWA WT1800等），精確布置了以下測(cè)量點(diǎn)(如下圖)：

· 測(cè)量點(diǎn)1： 市電總進(jìn)線開關(guān)輸出側(cè)（系統(tǒng)總覽）。

· 測(cè)量點(diǎn)3： UPS-1.2輸入開關(guān)下游側(cè)（故障點(diǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)）。

· 測(cè)量點(diǎn)4： UPS-1.2輸出開關(guān)上游側(cè)（觀察UPS輸出狀態(tài)）。

· 測(cè)量點(diǎn)5： UPS-1.1輸入開關(guān)下游側(cè)（帶載UPS輸入特性）。

· 測(cè)量點(diǎn)6： UPS-1.1輸出開關(guān)上游側(cè)（帶載UPS輸出特性）。

測(cè)試步驟嚴(yán)格遵循既定流程：下午送電，依次合閘中壓、低壓進(jìn)線開關(guān)、兩臺(tái)UPS輸入開關(guān)；啟動(dòng)兩臺(tái)UPS至并機(jī)在線模式；合上同一母線的其他饋線開關(guān)；最后合上UPS-1.1的輸出開關(guān)。在系統(tǒng)空載運(yùn)行約半小時(shí)建立穩(wěn)態(tài)后，于50秒內(nèi)將假負(fù)載從300kVA平穩(wěn)加載至720kVA。加載約8分鐘后，空載UPS-1.2的輸入開關(guān)如期開始冒煙，故障被成功復(fù)現(xiàn)，全過程數(shù)據(jù)被完整記錄。

3、測(cè)試數(shù)據(jù)及深度分析

3.1 加載前基準(zhǔn)狀態(tài)分析

在UPS-1.1加載720kVA負(fù)載之前，系統(tǒng)處于兩臺(tái)UPS空載并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)比測(cè)量點(diǎn)1、3、5的數(shù)據(jù)，旨在驗(yàn)證測(cè)試接線的正確性與系統(tǒng)的初始平衡性。

數(shù)據(jù)分析要點(diǎn)：

· 總有功功率： 測(cè)量點(diǎn)1（總進(jìn)線）為17.4kW，測(cè)量點(diǎn)3（UPS-1.2）與測(cè)量點(diǎn)5（UPS-1.1）之和約為17kW，兩者基本吻合，表明電能主要消耗于兩臺(tái)UPS的空載運(yùn)行。

· 電流與諧波： 兩臺(tái)UPS的輸入電流（測(cè)量點(diǎn)3和5）幅值處于同一數(shù)量級(jí)（15-44A），電流諧波失真率（THDi）在12%-25%之間，頻譜分布特征也基本一致。這是高頻機(jī)UPS空載運(yùn)行的典型特征。

· 初步結(jié)論： 加載前，兩臺(tái)UPS工作狀態(tài)對(duì)稱，系統(tǒng)基線正常，測(cè)試儀器數(shù)據(jù)可信，為后續(xù)異常分析提供了可靠的對(duì)比基準(zhǔn)。

3.2 加載后異常狀態(tài)與關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)

加載720kVA負(fù)載后，系統(tǒng)電氣參數(shù)發(fā)生劇烈變化，空載UPS-1.2的異?，F(xiàn)象是分析的核心。

3.2.1 帶載UPS-1.1與系統(tǒng)總進(jìn)線（測(cè)量點(diǎn)1 & 5）

- 測(cè)量點(diǎn)1和測(cè)量點(diǎn)5的數(shù)據(jù)高度一致：總有功功率約765kW，總電流約1130A，功率因數(shù)接近1，THDi極低（約2.5%）。

- 解讀： 這表明帶載的UPS-1.1工作完全正常，其所需能量幾乎全部由電網(wǎng)通過市電進(jìn)線提供，整流器工作于理想狀態(tài)。系統(tǒng)總進(jìn)線的良好電能質(zhì)量排除了電網(wǎng)側(cè)存在嚴(yán)重問題或系統(tǒng)諧振的可能性。

3.2.2 空載UPS-1.2輸入側(cè)（測(cè)量點(diǎn)3）——故障核心

此測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)揭示了事故的直接原因：

- 巨大的異常電流： A相和B相總電流高達(dá)5600A以上，而C相電流僅為57A，中性線電流為4A。這形成了極其嚴(yán)重的三相不平衡。

- 嚴(yán)重的諧波畸變： THDi高達(dá)64%-69%。諧波分析顯示，2次諧波電流尤為突出，A相達(dá)863A，B相高達(dá)1274A。3次、4次等偶次和奇次諧波電流也達(dá)到數(shù)百安培量級(jí)。

- 功率反向與畸變： A相和B相有功功率為負(fù)值（-24.8kW, -159kW），視在功率異常巨大（1521kVA, 913kVA），功率因數(shù)為負(fù)且接近于零。

- 解讀：

1) 異常環(huán)流： 巨大的A、B相電流主要并非流向UPS-1.2的整流器（因其空載，正常電流應(yīng)很?。?，而是在UPS-1.2的輸入回路內(nèi)部（可能通過其輸入濾波器、旁路電路或整流橋臂）形成了相間環(huán)流。這種環(huán)流在A-B相之間構(gòu)成回路，因此C相和N線電流很小。

2) 能量回饋： 負(fù)的有功功率表明，在UPS-1.2的A、B相輸入側(cè)，存在能量從UPS端向電網(wǎng)側(cè)回送的現(xiàn)象。這并非正常的逆變器回饋，而是異常運(yùn)行狀態(tài)下的表現(xiàn)。

3) 諧波源： 豐富的諧波，特別是強(qiáng)烈的2次諧波，通常與系統(tǒng)的不對(duì)稱和非線性運(yùn)行有關(guān)，這進(jìn)一步印證了內(nèi)部電力電子器件處于異常導(dǎo)通或控制失穩(wěn)狀態(tài)。

4、故障機(jī)理綜合分析與推斷

基于上述測(cè)試數(shù)據(jù)，我們進(jìn)行層層遞進(jìn)的推理分析：

4.1 排除性分析

- 系統(tǒng)諧振排除： 總進(jìn)線（測(cè)量點(diǎn)1）電流諧波含量極低，且電壓總諧波失真率（THDu）未見異常升高，可排除電網(wǎng)側(cè)或系統(tǒng)級(jí)諧振引發(fā)過電流的可能。

- 測(cè)試誤差排除： 加載前后數(shù)據(jù)自洽，測(cè)量點(diǎn)1和5的一致性證明了測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

- 斷路器本體質(zhì)量問題： 雖初步懷疑，但連續(xù)三起相同工況下的相同故障，且能與異常電流數(shù)據(jù)精確對(duì)應(yīng)，表明斷路器是在承受了遠(yuǎn)超其設(shè)計(jì)能力的異常電流后失效，問題根源在于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)而非斷路器本身。

4.2 根本原因推斷

所有證據(jù)均指向空載UPS-1.2的內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)。在并聯(lián)系統(tǒng)中，兩臺(tái)UPS的輸出通過并機(jī)柜強(qiáng)制同步。當(dāng)UPS-1.1滿載時(shí)，其直流母線電壓可能因負(fù)載沖擊而略有波動(dòng)。此時(shí)，處于在線模式但空載的UPS-1.2，其控制系統(tǒng)的任務(wù)是維持與UPS-1.1的精確同步，并穩(wěn)定自身的直流母線電壓。

推測(cè)的故障鏈如下：

1) 控制策略觸發(fā)： 在單機(jī)重載、另一臺(tái)空載的極端不平衡工況下，空載UPS（UPS-1.2）的整流器控制邏輯可能進(jìn)入一個(gè)非預(yù)期的“環(huán)流運(yùn)行模式”。

2) 形成通路： 該控制模式可能導(dǎo)致UPS-1.2整流橋的某些開關(guān)器件（例如，與A、B相相關(guān)的IGBT）以異常的時(shí)序和占空比工作，并未進(jìn)行有效的整流，反而在A、B相輸入電感/濾波器之間形成了一個(gè)低阻抗的環(huán)流通路。

3) 電流激增與諧波產(chǎn)生： 該通路被系統(tǒng)電壓激勵(lì)，產(chǎn)生巨大的工頻環(huán)流。同時(shí)，由于電力電子器件的快速開關(guān)與線路非線性，該環(huán)流被“斬切”和“調(diào)制”，產(chǎn)生了大量以2次諧波為主的諧波電流。

4) 過熱損壞： 此高達(dá)5600A的異常電流完全通過UPS-1.2的輸入電纜和其前端斷路器。斷路器內(nèi)部的A、B相電流互感器（CT）持續(xù)承受此巨大電流，導(dǎo)致鐵芯飽和、渦流損耗急劇增加，最終因過熱而燒毀。斷路器拆解結(jié)果（A、B相CT嚴(yán)重?zé)龤В珻相輕微受損）與測(cè)量數(shù)據(jù)完美吻合（見下圖）。

4.3 廠家反饋與待解問題

與UPS廠家技術(shù)專家聯(lián)合會(huì)診后，廠家承認(rèn)其UPS的固件控制程序在此特定“一重一空”并聯(lián)工況下存在設(shè)計(jì)缺陷，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生不可控的環(huán)流。然而，廠家未能清晰說明該環(huán)流產(chǎn)生的具體電路路徑和精確的觸發(fā)控制邏輯，這仍然是需要深入剖析的“黑箱”問題。

5. 結(jié)論

通過對(duì)多起同類型事故的復(fù)現(xiàn)、測(cè)試與系統(tǒng)性分析，本文得出以下明確結(jié)論：

1. 直接原因： 在2臺(tái)UPS并聯(lián)系統(tǒng)中，進(jìn)行單機(jī)重載（125%）、另一臺(tái)空載在線的測(cè)試時(shí)，空載UPS會(huì)因其內(nèi)部控制策略缺陷，在輸入側(cè)A、B相產(chǎn)生高達(dá)5600A的異常環(huán)流，并伴隨嚴(yán)重的諧波失真。

2. 損壞機(jī)制： 此異常電流長期流經(jīng)空載UPS的前端斷路器，導(dǎo)致其內(nèi)部A、B相電流互感器（CT）因極端過熱而燒毀，是開關(guān)冒煙和損壞的直接物理機(jī)制。

3. 問題根源： 故障的根本原因在于UPS設(shè)備在特定并聯(lián)冗余邏輯下的控制策略不完善，未能有效抑制或避免此種不平衡工況下的內(nèi)部環(huán)流。

5.2 建議

鑒于該故障復(fù)現(xiàn)率極高，且UPS廠家短期內(nèi)未能提供根本解決方案，為保障數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的安全，提出以下分級(jí)建議：

1. 立即措施（規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)）：

o 在所有已投運(yùn)或新建的2臺(tái)UPS并聯(lián)系統(tǒng)中，嚴(yán)格禁止“一臺(tái)帶載、另一臺(tái)空載在線”的運(yùn)行工況。

o 進(jìn)行單機(jī)測(cè)試時(shí)，若非測(cè)試UPS不需投入，應(yīng)將其輸入斷路器完全分閘，使其在電氣上徹底脫離系統(tǒng)，而非僅保持空載在線。

2. 中期措施（優(yōu)化操作）：

o 修訂UPS系統(tǒng)測(cè)試與運(yùn)維規(guī)程，明確規(guī)定在并聯(lián)系統(tǒng)中，應(yīng)盡量保持各臺(tái)UPS的負(fù)載率相對(duì)均衡，避免極大的負(fù)載差異。

o 考慮在UPS輸入回路增設(shè)高級(jí)保護(hù)繼電器，監(jiān)測(cè)相電流不平衡度和諧波含量，在檢測(cè)到異常環(huán)流時(shí)提前告警或跳閘。

3. 長期措施（根本解決）：

o 督促并配合UPS制造商，深入分析并升級(jí)其控制固件，從算法層面徹底解決此異常環(huán)流問題。應(yīng)在廠內(nèi)進(jìn)行充分的極端工況測(cè)試以驗(yàn)證解決方案。

o 在未來的UPS設(shè)備招標(biāo)與技術(shù)協(xié)議中，應(yīng)將“在N+1并聯(lián)系統(tǒng)中，單機(jī)滿載、其余空載的運(yùn)行穩(wěn)定性”作為一項(xiàng)強(qiáng)制性驗(yàn)證要求，并要求廠家提供相關(guān)的型式試驗(yàn)報(bào)告。

參考文獻(xiàn)

[1] IEC 62040-3: Uninterruptible power systems (UPS) - Part 3: Method of specifying the performance and test requirements.

[2] Fluke Corporation. Fluke 435 Series II Power Quality and Energy Analyzer User Manual.