空载UPS输入开关烧毁事故分析与探讨

> 来源：中国IDC圈

> URL：https://dc.idcquan.com/ups/206294.shtml

摘要： 本文针对某数据中心在2024年多次发生的、在特定运行工况下的2台UPS并机系统空载侧输入开关烧毁事故，进行了系统的阐述与深入分析。事故复现性测试揭示了关键现象：当系统处于单台UPS带载125%负荷，而另一台UPS空载并联在线运行时，空载UPS的输入侧A、B两相会涌现高达5600A的异常环流，并伴随严重的谐波畸变，最终导致其前端断路器因内部电流互感器（CT）过热而损毁。本文通过详尽的现场测试数据，结合系统架构与运行模式，逐步剖析了事故现象，排除了系统谐振等常见因素，并将故障根源指向了空载UPS在特定并联控制策略下产生的内部环流。尽管UPS生产厂家承认其设备在此工况下存在控制策略缺陷，但未提供根本原因。基于此，本文最终得出结论，并为数据中心UPS系统的安全运行与测试规程提出了具体的优化建议。

关键词： UPS并机系统；输入开关烧毁；异常环流；谐波分析；故障复现；控制策略

1、引言

不间断电源（UPS）系统作为数据中心、工业控制及其他关键基础设施的核心供电保障环节，其运行的可靠性与稳定性直接关系到后端负载的连续性与安全性。通常，通过并联冗余配置可以提升系统的可用性。然而，复杂的并联交互机制也可能引入非预期的运行风险。

本案例聚焦于某数据中心一套2台600kVA UPS组成的并联系统。在2024年6月24日进行的常规单机125%负荷能力测试中，首次发生了非预期现象：带载UPS运行正常，而空载并联运行的UPS其输入断路器在测试开始约8分钟后出现严重过热、冒烟，最终烧毁。初次故障因缺乏详实数据，分析受阻，断路器专家的初步判断指向谐波过大问题。

为确保供电系统的长期安全，我们在2024年9月24日第二次发生同类事故后，立即制定了周密的测试方案，并于9月26日成功复现了故障。此次测试部署了多台高性能电能质量分析仪，完整记录了故障发生前后关键节点的电气参数。

2、事故现象描述

2.1 系统架构与运行状态

事故系统为一个典型的模块化供电架构，包含一路市电和一路柴油发电机作为电源输入（测试时仅市电投入）。下游低压配电系统中，核心为两台并联的600kVA高频UPS。测试期间的具体开关状态与电流路径：市电总进线开关合闸，柴发进线开关分断；两台UPS输入开关均合闸；两台UPS均启动，运行于"在线模式"并处于并机状态；UPS-1.1的输出开关合闸，连接至720kVA假负载；UPS-1.2的输出开关分断，处于空载状态。此状态可简言之为："一主一备"并联模式，其中"备机"UPS-1.2空载热备份。

2.2 事故过程回顾

2024年6月24日及9月24日，在进行单台UPS（UPS-1.1）带729kVA（125%额定容量）假负载运行10分钟的测试中，事故重复发生。测试进行至约8分钟时，现场人员闻到强烈焦糊味，随即发现空载的UPS-1.2输入开关柜内冒烟。紧急执行分闸、卸负载、关机操作后，将断路器拉出检查，发现其底部（电源进线侧）A、B两相接线端子严重发烫，初步判断为内部过热。

2.3 事故复现测试（2024.9.26）

为捕获故障本质，我们于9月26日设计了完全复现6.24工况的测试。测试系统部署了5台电能质量分析仪（FLUKE 435、YOKOGAWA WT1800等）。测试步骤：下午送电，依次合闸中压、低压进线开关、两台UPS输入开关；启动两台UPS至并机在线模式；合上同一母线的其他馈线开关；最后合上UPS-1.1的输出开关。在系统空载运行约半小时建立稳态后，于50秒内将假负载从300kVA平稳加载至720kVA。加载约8分钟后，空载UPS-1.2的输入开关如期开始冒烟，故障被成功复现。

3、测试数据及深度分析

3.1 加载前基准状态分析

在UPS-1.1加载720kVA负载之前，系统处于两台UPS空载并联运行状态。数据分析要点：总有功功率测量点1（总进线）为17.4kW，测量点3（UPS-1.2）与测量点5（UPS-1.1）之和约为17kW，两者基本吻合；两台UPS的输入电流幅值处于同一数量级（15-44A），电流谐波失真率（THDi）在12%-25%之间。加载前，两台UPS工作状态对称，系统基线正常。

3.2 加载后异常状态与关键发现

带载UPS-1.1与系统总进线： 数据高度一致：总有功功率约765kW，总电流约1130A，功率因数接近1，THDi极低（约2.5%）。这表明带载的UPS-1.1工作完全正常。

空载UPS-1.2输入侧——故障核心： A相和B相总电流高达5600A以上，而C相电流仅为57A，中性线电流为4A，形成了极其严重的三相不平衡。THDi高达64%-69%。谐波分析显示，2次谐波电流尤为突出，A相达863A，B相高达1274A。A相和B相有功功率为负值（-24.8kW, -159kW），视在功率异常巨大（1521kVA, 913kVA），功率因数为负且接近于零。

解读：巨大的A、B相电流主要并非流向UPS-1.2的整流器，而是在UPS-1.2的输入回路内部形成了相间环流。负的有功功率表明存在能量从UPS端向电网侧回送的现象。丰富的谐波，特别是强烈的2次谐波，进一步印证了内部电力电子器件处于异常导通或控制失稳状态。

4、故障机理综合分析与推断

4.1 排除性分析

排除了系统谐振、测试误差和断路器本体质量问题。

4.2 根本原因推断

推测的故障链：在单机重载、另一台空载的极端不平衡工况下，空载UPS的整流器控制逻辑可能进入一个非预期的"环流运行模式"，导致整流桥的某些开关器件以异常的时序和占空比工作，在A、B相输入电感/滤波器之间形成了一个低阻抗的环流通路，产生高达5600A的异常环流。此异常电流长期流经空载UPS的前端断路器，导致其内部A、B相电流互感器（CT）因极端过热而烧毁。

4.3 厂家反馈

UPS厂家承认其UPS的固件控制程序在此特定"一重一空"并联工况下存在设计缺陷，但未能清晰说明环流产生的具体电路路径和精确的触发控制逻辑。

5、结论与建议

直接原因： 在2台UPS并联系统中，进行单机重载（125%）、另一台空载在线的测试时，空载UPS会因其内部控制策略缺陷，在输入侧A、B相产生高达5600A的异常环流。

建议： 严格禁止"一台带载、另一台空载在线"的运行工况；修订UPS系统测试与运维规程，保持各台UPS负载率相对均衡；督促UPS制造商升级控制固件从算法层面彻底解决此异常环流问题。