UPS遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)應(yīng)用及效果評價

苗 成，馬 力，馬俊明，李 聰，李 翔，段明霞

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

智能油化工程

UPS遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)應(yīng)用及效果評價

苗 成，馬 力，馬俊明，李 聰，李 翔，段明霞

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

UPS“不間斷電源”是集氣站自控及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常運行的重要保障，不僅能在外電驟停時無撓動在線切換為蓄電池組供電，也能在外電輸入正常時起到穩(wěn)壓、濾波的作用，確保自控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊以及監(jiān)控設(shè)備正常運行。目前，在集氣站UPS系統(tǒng)實際運行的過程中，UPS蓄電池組難以保障定期進(jìn)行充放電維護(hù)，造成系統(tǒng)運行效率降低，蓄電池壽命縮短。本文結(jié)合集氣站UPS系統(tǒng)運行現(xiàn)狀，提出應(yīng)用UPS遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，并對實施效果進(jìn)行分析評價。

UPS系統(tǒng)；遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)；智能斷路器

1 集氣站UPS系統(tǒng)運行現(xiàn)狀及存在問題

1.1 集氣站UPS系統(tǒng)簡介

目前本廠各集氣站UPS系統(tǒng)均為在線式UPS系統(tǒng)，其設(shè)備構(gòu)成包括濾波器、整流器、逆變器、逆變/旁路輸出切換電路、充電器及蓄電池組等。系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（見圖1）。

圖1 在線式UPS設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

在線式UPS系統(tǒng)工作原理為:當(dāng)外電供電正常時，外電先經(jīng)濾波器去除高頻干擾，得到純凈的交流電，再經(jīng)過整流器將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電，然后分為兩路:一路通過充電器對蓄電池組進(jìn)行充電，另一路通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的交流電供負(fù)載使用。當(dāng)發(fā)生外電失電、欠壓等異常情況時，系統(tǒng)將發(fā)出報警聲并瞬間將供電線路切換為蓄電池組供電，將電池組的直流電通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，為負(fù)載設(shè)備提供電源。

在線式UPS系統(tǒng)的特點為系統(tǒng)運行時逆變器一直處于工作狀態(tài)，無論外電是否正常，UPS設(shè)備始終能夠輸出失真度較低的正弦波電源，且外電供電與電池供電線路相互切換時系統(tǒng)無轉(zhuǎn)換時間，能夠為負(fù)載設(shè)備提供可靠穩(wěn)定的供電保障。

1.2 UPS系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

截止2015年初，本廠33座集氣站均配備了在線式UPS系統(tǒng)，主要用于集氣站自控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控設(shè)備的供電。

各集氣站在建站初期，由于數(shù)字化設(shè)備數(shù)量較少，UPS系統(tǒng)設(shè)計功率僅為4 Kva；隨著后期各集氣站改擴建項目的逐步實施、數(shù)字化設(shè)備的不斷增加，導(dǎo)致原有的UPS系統(tǒng)功率已不能滿足負(fù)載所需，且各集氣站UPS系統(tǒng)普遍缺乏日常維護(hù)，沒有及時對蓄電池組進(jìn)行充放電維護(hù)，導(dǎo)致電池饋電，蓄電能力差。部分集氣站在外電驟停且發(fā)電機不能正常啟動時，UPS系統(tǒng)續(xù)航時間低于十五分鐘，無法提供足夠的電路檢修時間，嚴(yán)重影響集氣站安全生產(chǎn)。針對這種情況本廠于2014-2015年對部分集氣站的UPS進(jìn)行升級，增加了蓄電池組，系統(tǒng)功率由原來的4 Kva升級到20 Kva。

1.3 存在問題

升級后的UPS系統(tǒng)通過近一年的運行情況來看，各集氣站系統(tǒng)設(shè)備運行穩(wěn)定，能夠滿足日常生產(chǎn)需求。但系統(tǒng)設(shè)備仍普遍缺乏日常維護(hù)保養(yǎng)，蓄電池組長期處于浮充狀態(tài)，沒有定期進(jìn)行充放電維護(hù)。長此以往將會嚴(yán)重影響蓄電池組壽命，縮短UPS系統(tǒng)續(xù)航時間，不僅運行成本上升而且會給生產(chǎn)帶來安全隱患。

2 UPS遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)應(yīng)用改造

2.1 解決思路

通過對集氣站UPS系統(tǒng)實際運行中存在的問題進(jìn)行深入分析[1-3]，在研究解決方案時著重考慮方案應(yīng)滿足以下三個預(yù)期目標(biāo):

（1）UPS系統(tǒng)定期充放電維護(hù)能夠得到有效保障，系統(tǒng)運行及維護(hù)過程安全可靠，徹底消除生產(chǎn)安全隱患。

（2）UPS系統(tǒng)設(shè)備管理模式應(yīng)由各集氣站屬地管理變?yōu)樽鳂I(yè)區(qū)集中管理，設(shè)備定期維護(hù)能夠由作業(yè)區(qū)統(tǒng)一部署。

（3）減少設(shè)備維護(hù)工作量，降低員工勞動強度；降低設(shè)備運行成本。

2.2 解決方案

根據(jù)上述解決思路，提出以下3種解決方案:

（1）由各作業(yè)區(qū)制定統(tǒng)一的UPS設(shè)備維護(hù)制度，由集氣站當(dāng)班員工進(jìn)行定期充放電維護(hù)。

（2）聯(lián)系UPS廠家對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行升級，定制自動維護(hù)功能模塊，實現(xiàn)在UPS設(shè)備正常運行一段時間后斷開外電供電，切換至蓄電池組供電線路，放電一段時間后再切換至外電供電，完成充放電維護(hù)全過程。

（3）在UPS外電供電線路上增設(shè)一臺具有遠(yuǎn)程控制功能的智能斷路器，將其控制及反饋信號接入集氣站SCADA控制系統(tǒng)；讀取UPS設(shè)備運行數(shù)據(jù)，通過開發(fā)UPS遠(yuǎn)程管理程序，實現(xiàn)UPS設(shè)備運行狀態(tài)實時監(jiān)控，能夠遠(yuǎn)程切斷UPS外電供電斷路器、對蓄電池組進(jìn)行充放電維護(hù)。

2.3 可行性分析

以上三種方案都能實現(xiàn)UPS設(shè)備的定期充放電維護(hù)，但各有利弊:

方案一:無需對系統(tǒng)設(shè)備作出硬件上的改動，不需要投入資金成本，由各作業(yè)區(qū)集中部署，人工定期進(jìn)行維護(hù)作業(yè)。但部分?jǐn)?shù)字化值守集氣站需派專人趕往現(xiàn)場維護(hù)，員工勞動強度較大，且人工充放電過程中無法實時監(jiān)控蓄電池電量，維護(hù)過程存在斷電風(fēng)險。

方案二:無需人工進(jìn)行操作，定期充放電維護(hù)由設(shè)備自動完成，維護(hù)工作量小。但安裝定制模塊對UPS設(shè)備本體改動工作量較大，定制模塊開發(fā)成本較高，約為3萬元/臺。在實際維護(hù)過程中充放電模塊一旦故障有可能導(dǎo)致供電線路無法切換至外電供電，系統(tǒng)存在斷電風(fēng)險。

方案三:由UPS遠(yuǎn)程管理程序控制智能斷路器對外電供電線路進(jìn)行斷/閉合操作，完成蓄電池組的充放電維護(hù)，能夠減少員工勞動強度；充放電維護(hù)過程及UPS設(shè)備運行狀態(tài)能夠?qū)崿F(xiàn)上位機遠(yuǎn)程監(jiān)控；充放電維護(hù)過程中蓄電池電量低于固定值時斷路器自動閉合，避免斷電風(fēng)險。智能斷路器異常情況下斷開時可遠(yuǎn)程復(fù)位。

通過可行性對比分析，采用安全性更高的第三種方案進(jìn)行改造。

2.4 設(shè)備原理及選型

2.4.1 智能斷路器工作原理 智能斷路器由斷路器和自復(fù)位模塊兩部分組成，斷路器用于接入外電輸入/輸出電纜，承載和斷開外電電路，便于現(xiàn)場操作；控制模塊用于實時監(jiān)測斷路器上下游供電線路，能夠在外電過載、欠壓等異常情況下斷開斷路器，保護(hù)負(fù)載用電設(shè)備；擁有自復(fù)位功能，在斷路器異常斷開后進(jìn)行閉合復(fù)位。同時支持Modbus、RS485等通訊協(xié)議，通過接收數(shù)字量信號，對斷路器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并向外傳輸斷路器斷開狀態(tài)或故障反饋信號，便于上位機進(jìn)行實時監(jiān)控。

2.4.2 設(shè)備選型 通過對市面上各類安全可靠性較高、技術(shù)成熟的智能斷路器進(jìn)行優(yōu)選，GEWISS GW90 893型智能斷路器不僅擁有斷路器自動復(fù)位、遠(yuǎn)程控制等功能，其優(yōu)勢在于配備了短路檢測模塊，擁有“Restart”預(yù)檢測功能，能夠在斷路器異常斷開后對供電和負(fù)載線路進(jìn)行預(yù)檢測，只有檢測到電路正常時才會自動復(fù)位斷路器。避免了一般智能斷路器在線路異常時強制復(fù)位合閘對負(fù)載設(shè)備的二次傷害。結(jié)合本廠各集氣站現(xiàn)場實際情況，選用GWISS牌型號為Restart RM TOP 4P/32A MCB的智能斷路器。

3 現(xiàn)場安裝及應(yīng)用

3.1 硬件設(shè)備安裝

在集氣站外電線路至UPS進(jìn)線端子間增設(shè)一臺智能斷路器（見圖2），將其控制及反饋信號接入集氣站SCADA系統(tǒng)；將UPS機組通訊板遠(yuǎn)傳信號通接入集氣站SCADA系統(tǒng)，便于上位機進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和實時監(jiān)控。并模擬設(shè)備定期維護(hù)、供電線路異常等情況，測試斷路器能夠滿足使用需求。

圖2 現(xiàn)場設(shè)備安裝示意圖

3.2 自控系統(tǒng)程序開發(fā)及組態(tài)

3.2.1 自控程序開發(fā) 在各集氣站控制器原程序上開發(fā)UPS遠(yuǎn)程控制程序，程序邏輯如下:

自動充放電模式:各集氣站控制器每月15日14時向智能斷路器發(fā)送斷路信號，切斷UPS外電，對UPS蓄電池組進(jìn)行放電維護(hù)。利用UPS設(shè)備RS485信號檢測蓄電池組電量，當(dāng)放電維護(hù)時間超過2小時或蓄電池電組量低于70%時向智能斷路器發(fā)送閉合信號，恢復(fù)UPS外電供電并對蓄電池組進(jìn)行充電。

手動充放電模式:通過上位機向單個集氣站控制器發(fā)送充放電維護(hù)指令，控制器向該站智能斷路器發(fā)送斷路信號，切斷UPS外電。智能斷路器閉合復(fù)位條件與自動充放電模式相同。

遠(yuǎn)程復(fù)位與反饋:各集氣站智能斷路器故障與開閉信號反饋通過控制器讀取，各作業(yè)區(qū)上位機集中監(jiān)控；遠(yuǎn)程故障復(fù)位指令通過上位機手動向單個集氣站發(fā)送，通過控制器傳輸至智能斷路器。

3.2.2 自控程序組態(tài) 向各作業(yè)區(qū)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫添加各集氣站UPS遠(yuǎn)程控制程序數(shù)據(jù)點，并在作業(yè)區(qū)上位機進(jìn)行組態(tài)，能夠顯示智能斷路器開閉狀態(tài)、故障報警信息、UPS蓄電池組電量、發(fā)送斷路器斷開及遠(yuǎn)程復(fù)位指令。

4 應(yīng)用效果評價

4.1 UPS系統(tǒng)設(shè)備管理水平顯著提高

通過應(yīng)用遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，UPS系統(tǒng)設(shè)備運行由分散的集氣站屬地管理模式優(yōu)化為作業(yè)區(qū)部統(tǒng)一集中管理，設(shè)備運行狀態(tài)、參數(shù)能夠由作業(yè)區(qū)中控室遠(yuǎn)程實時監(jiān)控。發(fā)生外電線路故障、斷路器異常斷開等問題時，值班人員能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)并采取應(yīng)急措施，避免出現(xiàn)生產(chǎn)安全事件。UPS設(shè)備定期維護(hù)也由人工操作變?yōu)樽钥叵到y(tǒng)遠(yuǎn)程下發(fā)指令自動完成，指令執(zhí)行情況及維護(hù)過程能夠遠(yuǎn)程在線監(jiān)控，在確保系統(tǒng)設(shè)備能夠得到定期維護(hù)的同時降低了維護(hù)作業(yè)風(fēng)險。

4.2 集氣站生產(chǎn)安全得到有效保障

應(yīng)用UPS遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)能夠確保定期維護(hù)按時進(jìn)行，使得蓄電池組壽命得到延長，顯著提高了系統(tǒng)運行效率。在幾次集氣站外電斷電事件中，UPS蓄電池組供電時間均大于5小時，且剩余電量能夠?qū)崟r監(jiān)控，在保障集氣站能夠正常生產(chǎn)的同時給搶險人員提供了充足的線路檢修時間。在遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)應(yīng)用后，本廠集氣站從未發(fā)生過UPS系統(tǒng)失電事件，生產(chǎn)安全得到了有效保障。

表1 UPS遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)改造預(yù)算

4.3 經(jīng)濟(jì)效益良好

根據(jù)本廠UPS系統(tǒng)運行的實際效果來看，在UPS蓄電池組不能保證定期充放電的情況下，蓄電池組使用壽命僅為2～3年，設(shè)備更換成本約為20萬元。根據(jù)目前設(shè)備型號的普遍使用情況，在確保系統(tǒng)能夠定期維護(hù)的條件下，設(shè)備使用壽命均在5年以上，大幅節(jié)約了系統(tǒng)維護(hù)成本。單座集氣站應(yīng)用遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的改造費用僅為8 286元，改造成本低、經(jīng)濟(jì)效益較好（見表1）。

5 結(jié)論及認(rèn)識

（1）定期維護(hù)是提高UPS系統(tǒng)運行效果的關(guān)鍵。

（2）遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的應(yīng)用有助于提高UPS運行效果、延長設(shè)備壽命、方便集中管理。

（3）遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的應(yīng)用投資成本小、效果好、建議推廣。

［1］潘勇良.智能斷路器工作原理及技術(shù)特點［J］.電器工業(yè)，2011，（10）:58-60.

［2］康洪波，等.UPS的工作原理和發(fā)展趨勢分析［J］.電源技術(shù)，2009，（7）:637-638.

［3］李亮亮，等.蘇里格第一天然氣處理廠自控系統(tǒng)改造效果評價［C］.第八屆寧夏青年科學(xué)家論壇石化專題論壇論文集，2012:310-314.

Application and effect evaluation of UPS remote management system

MIAO Cheng，MA Li，MA Junming，LI Cong，LI Xiang，DUAN Mingxia
（Gas Production Plant 2 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yulin Shanxi 719000，China）

UPS uninterruptible power supply is set Qizhan plays an important role in promoting the normal operation of automatic control and network system,not only can be stopped without scratching online drastically in the electric switch for power supply,battery electric input as well as the normal when have the effect of voltage,filtering,to ensure normal operation of automatic control system,network communication and monitoring equipment.At present,in the collection of Qizhan UPS system in the process of actual operation,UPS battery is difficult to guarantee charge and maintenance regularly,which reduces the system efficiency and shorten the battery life.This paper sets Qizhan UPS system to run the status quo, put forward the application of UPS remote management system,and analyze the implementation effect evaluation.

UPS system；remote management system of intelligent；circuit breaker

TM561

A

1673-5285（2017）04-0119-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.04.030

2017－03-21

苗成，男，助理工程師，2011年畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)。