李嵐鑫
中國(guó)石油西部管道新疆輸油氣分公司,新疆烏魯木齊 830001
隨著西部輸油管道事業(yè)的發(fā)展壯大,UPS 的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,它能為輸油場(chǎng)站提供高質(zhì)、穩(wěn)定的電源供應(yīng),保證了生產(chǎn)系統(tǒng)的及時(shí)有效地運(yùn)行。UPS 分四部分:整流、蓄能、逆變和開(kāi)關(guān)控制,主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態(tài)開(kāi)關(guān)等幾部分組成。
整流器是一種將交流轉(zhuǎn)換成直流的裝置,它的主要功能:一是將交流電變?yōu)橹绷麟?,然后?jīng)過(guò)濾波板后供給負(fù)載或逆變器;二是給蓄電池提供供電電壓。
蓄電池是儲(chǔ)存電能的裝置,它由若干個(gè)電池串聯(lián)而成,其容量的大小決定了維持放電的時(shí)間。它的主要功能是:當(dāng)市電正常時(shí)將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存在電池內(nèi)部;當(dāng)市電出現(xiàn)故障時(shí)將化學(xué)能變?yōu)殡娔艿侥孀兤骰蜇?fù)載。
逆變器是一種將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的裝置。
是一種無(wú)觸點(diǎn)交流開(kāi)關(guān),有兩個(gè)晶閘管反向并聯(lián)組成,其閉合和開(kāi)啟由邏輯控制器控制。
UPS 電源的工作原理為:在電網(wǎng)電壓工作正常時(shí),市電經(jīng)過(guò)整流、逆變后輸出穩(wěn)定的電壓供給負(fù)載,同時(shí)給蓄電池充電;當(dāng)市電異常導(dǎo)致突然停電時(shí),由蓄電池給負(fù)載提供電源以維持正常的生產(chǎn);如果UPS 故障時(shí),自動(dòng)轉(zhuǎn)到旁路供電,以保持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
以新疆輸油氣分公司翠嶺站為例,輸油場(chǎng)站UPS 背板接線端子處冒出大量黑煙,導(dǎo)致UPS 停機(jī)及發(fā)生逆變輸出故障。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),輸油場(chǎng)站UPS 背板接線端子排上方的濾波板被燒毀而造成主路、旁路的電源跳閘而發(fā)生斷電,最終導(dǎo)致了UPS 停機(jī)或發(fā)生逆變輸出故障。應(yīng)急措施:這種斷電事故發(fā)生時(shí)需要排查人員及時(shí)實(shí)施補(bǔ)救措施,比如對(duì)UPS 實(shí)施電氣隔離,拆除 UPS 的主路、旁路電源及輸出電纜,并測(cè)量UPS 電池組的電池運(yùn)行情況等。處理完畢后,看UPS 逆變是否恢復(fù)工作及所帶負(fù)荷是否恢復(fù)供電,否則需要現(xiàn)場(chǎng)的維修人員進(jìn)一步對(duì)電池的濾波板、電源濾波板、輸出濾波板、電源板及主控板等進(jìn)行檢查,一旦發(fā)現(xiàn)有損壞現(xiàn)象則及時(shí)進(jìn)行更換處理,以使UPS 正常投運(yùn)。
根據(jù)翠嶺站UPS 事故現(xiàn)場(chǎng)的情形,當(dāng)時(shí)濾波板被燒毀的過(guò)程中產(chǎn)生了大量的熱量,損毀了端子的隔板,將濾波板上的金屬導(dǎo)電體融化導(dǎo)致大量的黑煙,金屬導(dǎo)電體融化飛濺出來(lái)的顆粒物使UPS 內(nèi)部絕緣下降,輸出濾波板、電源根據(jù)濾波板、主控板、電源板短路損毀。 根據(jù)多年來(lái)UPS 在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用分析,造成這種電池濾波板出現(xiàn)電弧放電的現(xiàn)象可能的原因是飛蟲(chóng)或金屬導(dǎo)體搭接造成的。
翠嶺站UPS 輸出是由兩臺(tái)UPS 在各自輸出端子排后并聯(lián)運(yùn)行,一臺(tái)UPS 發(fā)生故障造成停機(jī)時(shí),它的輸出端會(huì)發(fā)生短路現(xiàn)象,導(dǎo)致另一臺(tái)UPS 輸出交流接觸器斷開(kāi),靜態(tài)旁路未進(jìn)行切換而無(wú)法正常輸出而立刻停止工作,
翠嶺站UPS 為雙機(jī)并聯(lián)冗余的運(yùn)行方式,這種接線方式的優(yōu)勢(shì)在于如果單臺(tái)機(jī)發(fā)生故障不會(huì)對(duì)其他的UPS 機(jī)造成影響,但是由于UPS 運(yùn)行方式及接線方式存在一定的缺陷,造成了其他的UPS 機(jī)全部出現(xiàn)了損壞。為了避免這種情況的再次發(fā)生,需要對(duì)UPS 的接線方式進(jìn)行相應(yīng)的整改優(yōu)化。整改措施為先分離所有的UPS 輸出,并在各個(gè)輸出部位均加一個(gè)輸出開(kāi)關(guān),輸出開(kāi)關(guān)必須由帶選線功能的控制器控制,然后從旁路電源另引一路輔助電源至所帶負(fù)荷。注意:UPS 輸出應(yīng)與新加的輔助電源互為閉鎖,這樣可以避免出現(xiàn)相序不同的問(wèn)題。
作為輸油場(chǎng)站的不間斷供電設(shè)備,UPS 系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用中存在一定的缺陷,造成了各種故障的發(fā)生使供電停止,甚至出現(xiàn)人身安全事故?,F(xiàn)將UPS 的缺陷簡(jiǎn)單總結(jié)如下:
雖然輸油場(chǎng)站內(nèi)的所有UPS 機(jī)均采用并聯(lián)冗余的接線方式,但是由于運(yùn)行方式和接線方式上存在一定的缺陷,比如,兩臺(tái)或多臺(tái)輸出UPS 機(jī)之間連接過(guò)于緊密,沒(méi)有各自的控制輸出開(kāi)關(guān),或者有各自的控制輸出開(kāi)關(guān)但是并沒(méi)有由帶選線功能的控制器控制,這種運(yùn)行方式及接線方式往往會(huì)導(dǎo)致一臺(tái)UPS 機(jī)發(fā)生故障后會(huì)影響到整個(gè)供電系統(tǒng)發(fā)生故障。
為了提高UPS 的可靠性,所有Masterys 模型一般被安裝為并聯(lián)冗余的模塊化配置,但是這種配置在實(shí)際應(yīng)用中存在著很多缺陷:首先,由于并聯(lián)模塊較多,其可靠性會(huì)隨著模塊數(shù)量的增多而下降,即模塊數(shù)量越多,控制單元越多,那么隨之故障點(diǎn)就會(huì)增多;其次,冗余系統(tǒng)中的UPS 功率越大會(huì)導(dǎo)致整套UPS 冗余并機(jī)系統(tǒng)的“輸出功率的余量”越小,那么必然會(huì)造成UPS 系統(tǒng)抗“輸出過(guò)載”的能力下降;第三,如果需要增加容量必然會(huì)考慮另外購(gòu)買相應(yīng)的功率模塊,造成投資的加大,同時(shí)必然會(huì)帶動(dòng)維護(hù)成本的增加。
UPS 是長(zhǎng)輸管道業(yè)務(wù)中輸油場(chǎng)站的一種不間斷的供電裝置,站內(nèi)的UPS 系統(tǒng)大部分采用了并聯(lián)冗余的接線方式,并且 UPS 進(jìn)線設(shè)有了浪涌保護(hù)裝置很好地避免了由于電池和市電源直接連接而造成觸電事故的發(fā)生,同時(shí)兩個(gè)UPS 電源分別引自兩段不同的母線,一個(gè)UPS 電源發(fā)生故障不會(huì)影響到另一個(gè)。
自動(dòng)診斷系統(tǒng)的應(yīng)用使得UPS 操作起來(lái)更加的直觀和簡(jiǎn)單易行,它具有自動(dòng)識(shí)別故障機(jī)監(jiān)視環(huán)境的功能,能夠及時(shí)將UPS 故障信息(如溫度、過(guò)載等)通過(guò)電子郵件或調(diào)制的解調(diào)器發(fā)送診斷報(bào)告到支持中心,以便維修人員能夠及時(shí)掌握故障信息和及時(shí)作出緊急搶救措施,避免造成設(shè)備停止的風(fēng)險(xiǎn),保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
對(duì)UPS 采用一種可選擇和可編程的高效操作模式,可提高綜合效率到98%,大大節(jié)省了電能。這種操作模式可選擇具體到每日或每周的間隔時(shí)間被編入程序從而直接從輔助市電供給應(yīng)用設(shè)備動(dòng)力。如果電源儲(chǔ)運(yùn)耗損,UPS 會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到逆變器并繼續(xù)由電池給負(fù)載提供動(dòng)力。這種高效的供電模式分為ECO 經(jīng)濟(jì)模式和Always On 總在模式:ECO 經(jīng)濟(jì)模式具有很高的供電效率,由于在普通操作條件下,應(yīng)用通過(guò)自動(dòng)旁路由輔助市電直接供給;創(chuàng)新的Always On 總在模式結(jié)合了非常高的效率和活躍的過(guò)濾諧波,通過(guò)畸變的負(fù)載再次被注入到上游市電,大大提高了供電效率。
該模式能夠保證UPS 在待命時(shí)不使用任何動(dòng)力,當(dāng)以高負(fù)載激活機(jī)器的時(shí)候會(huì)以最大的生產(chǎn)力運(yùn)轉(zhuǎn),這樣UPS 總在最高的負(fù)載效率下運(yùn)行,才能導(dǎo)致更高的系統(tǒng)效率。這種節(jié)能模式的成功之處在于:當(dāng)負(fù)載增加時(shí),待命的機(jī)器會(huì)立刻恢復(fù)激活以保證連續(xù)的供電。另外,監(jiān)測(cè)運(yùn)行時(shí)間意味著小時(shí)數(shù)被分配在所有UPS 上,交替時(shí)常被關(guān)閉的機(jī)器,這能延長(zhǎng)機(jī)器的壽命并能減少故障風(fēng)險(xiǎn)。
隨著科技的不斷進(jìn)步,網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用逐漸滲透到了各個(gè)領(lǐng)域,在長(zhǎng)輸管道業(yè)務(wù)中,為了更直觀地對(duì)站內(nèi)的UPS 系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和事故預(yù)警管理,對(duì)大型的UPS 系統(tǒng)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)設(shè)置,即將UPS 連接到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的LAN 局域網(wǎng),則可以通過(guò)一臺(tái)被連接到網(wǎng)絡(luò)的電腦對(duì)UPS 的運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)超文本的形式進(jìn)行頁(yè)面監(jiān)測(cè)。拿UNI VISION PRO 舉例來(lái)說(shuō),UNI VISION PRO 是通過(guò)RS232 接口或LAN 局域網(wǎng)連接到本地服務(wù)器以管理UPS的。它的主要功能有:通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的圖形來(lái)監(jiān)視UPS;通過(guò)串行接口控制本地服務(wù)器的停機(jī)作業(yè);通過(guò)proxy 代理和選用的Java 停機(jī)客戶遙控停機(jī);通過(guò)電子郵件給其他地址(最多8 個(gè))發(fā)送提醒郵件等。
系統(tǒng)警報(bào)系統(tǒng)能夠在以下情況發(fā)生時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào):技術(shù)站點(diǎn)的溫度高于推薦的最大值、輔助市電超過(guò)可被接受的容忍值、負(fù)載要求的功率高于可用功率、維護(hù)旁路被激活、使用條件不當(dāng)、輸入的市電超過(guò)可被接受的容忍值及錯(cuò)誤的相周期方向等。
為了更好地使UPS 不間斷電源供電系統(tǒng)服務(wù)于輸油場(chǎng)站,必須使UPS 在一個(gè)正常、高效的環(huán)境下運(yùn)行,以提供最優(yōu)的操作效率并避免設(shè)備停工的風(fēng)險(xiǎn),這就需要為UPS 進(jìn)行定期專業(yè)的預(yù)防性維護(hù)。應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
1)所有設(shè)備的維護(hù)操作必須有專業(yè)的UPS 人員或具有UPS 授權(quán)的人員執(zhí)行。因?yàn)閁PS 系統(tǒng)涉及的專業(yè)性非常強(qiáng),各種定義、參數(shù)等非常復(fù)雜且操作起來(lái)需要很高的專業(yè)技術(shù);
2)對(duì)UPS 機(jī)的維護(hù)與檢修。UPS 主機(jī)的維護(hù)主要是防塵和定期除塵,在除塵的同時(shí)檢查各連接件和插件有無(wú)松動(dòng)和接觸不牢的情況,一經(jīng)發(fā)現(xiàn),立即糾正。另外,每年定期對(duì)UPS系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)與檢修;
3)UPS 使用日常使用注意事項(xiàng)
(1)使用環(huán)境應(yīng)保證清潔,無(wú)雜物塵土,并且通風(fēng)良好,利于散熱;
(2)切勿帶感性負(fù)載,如針式打印機(jī)、日光燈、空調(diào)等;
(3)切忌UPS 帶負(fù)載過(guò)輕,否則會(huì)造成電池的深度放電而影響電池的使用壽命;
(4)對(duì)UPS 適當(dāng)放電,有助于電池的激活。
作為輸油場(chǎng)站的一種不間斷供電電源,UPS 技術(shù)的發(fā)展日新月異,在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的UPS,以發(fā)揮UPS 更大的功效。但是正所謂“再好的設(shè)備也有美中不足之處”,如何規(guī)避UPS 在實(shí)際應(yīng)用中的缺陷,并采取合理有效的改進(jìn)措施,嚴(yán)格做好日常維護(hù)檢修工作,以保證設(shè)備的安全高效的運(yùn)行。
[1]UPS安裝操作手冊(cè).
[2]翠嶺站UPS停機(jī)故障分析報(bào)告.
[3]模塊化UPS技術(shù)缺陷.百度文庫(kù).
[4]傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心采用UPS供電的缺陷.百度文庫(kù).