電廠3號機組UPS裝置系統(tǒng)改進

常樂 宋明中

摘要：本文介紹了某鋼廠自備電廠3號機組UPS裝置系統(tǒng)的運行現(xiàn)狀和存在問題，闡述了UPS裝置系統(tǒng)改造的必要性，通過分析新UPS裝置的系統(tǒng)結構、工作原理及參數(shù)優(yōu)化，提高了UPS裝置系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關鍵詞：UPS不間斷電源；開關；直流供電；報警系統(tǒng)

引言

不間斷電源（UPS）是重要設備的保安電源，目前應用廣泛，當電源輸入正常時，控制電源經過UPS裝置能夠得到穩(wěn)頻穩(wěn)壓的電力供應，此時UPS相當于一臺交流式電穩(wěn)壓器，保證了PLC、計算機等控制系統(tǒng)穩(wěn)定的工作，同時它還可以對自帶蓄電池組進行充電。一旦輸入電源有波動或發(fā)生掉電，UPS會立即切換到直流供電模式，將直流電源（即蓄電池、直流屏等設備）接入，通過逆變器轉換后向負載供電，保證了PLC、計算機等控制系統(tǒng)不間斷供電，并保護軟、硬件不受損壞。UPS設備可以提供電壓過高保護和電壓過低保護。對于工業(yè)企業(yè)的自備電廠而言，UPS是獨立的供電單元，不受發(fā)電機、變電站和系統(tǒng)運行方式的限制，是重要控制設備的穩(wěn)壓和備用電源裝置。[1]

1電廠3號機組UPS裝置系統(tǒng)的運行現(xiàn)狀及存在問題

某鋼廠自備電廠3號發(fā)電機組配置了兩套（3A/3B）UPS裝置，型號均為固態(tài)（SCI）SR3050NC SV12000，容量為50KVA，運行方式為單機系統(tǒng)運行，于1999年3月投入運行，使用至今已有15年。目前（3A/3B）UPS裝置因電子元器件的老化等因素，設備的運行狀態(tài)日趨不穩(wěn)定，近年來已發(fā)生多次故障，2013年1月2日，3A-UPS裝置整流器的直流過壓報警，檢查發(fā)現(xiàn)整流器單元的1個120V AC繼電器的一副觸點出現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象，導致反饋電壓低而出現(xiàn)過壓報警；2014年6月13日，3B-UPS裝置旁路變壓器因絕緣老化造成出現(xiàn)過熱冒煙現(xiàn)象，對其進行故障處理的同時發(fā)現(xiàn)3A-UPS裝置旁路變壓器同樣也存在著絕緣老化的跡象。這些故障給3號發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定運行都帶來了隱患。

該UPS的負載為DCS控制系統(tǒng)、發(fā)變保護回路等設備，其運行狀態(tài)直接關系到電廠3號發(fā)電機組的正常運轉。UPS設備作為重要的保安電源，失電后果影響很大。制造商推薦UPS使用壽命一般為12-15年左右，基于以上問題，為確保生產無憂運行，為保障重要設備的供電安全，在原基礎上對（3A/3B）UPS裝置系統(tǒng)進行更新改造就有其必要性。

2（3A/3B）UPS裝置系統(tǒng)改進

2.1系統(tǒng)工作原理

UPS裝置的成套設備由主機柜和旁路柜組成，主機柜包括整流器、逆變器、靜態(tài)切換開關、內置手動旁路開關、逆止二極管等。旁路柜包括旁路變壓器、輸入輸出開關、配電盤開關、外置手動旁路開關等。UPS裝置一般有四種狀態(tài)：[2]

（1）正常工作狀態(tài)：

逆變器（I）由整流器（R）供電，負載通過靜態(tài)開關（SSI）直接由逆變器（I）輸出供電（如圖1所示）。

（2）逆變器故障導致的旁路帶載：

負載轉為旁路靜態(tài)開關（SB）帶載，轉換過程供電無中斷（如圖2所示）。

（3）整流器故障或市電故障狀態(tài)：

逆變器（I）由直流電源供電并持續(xù)到預定的后備時間，負載經靜態(tài)開關（SSI）由逆變器（I）輸出供電（如圖3所示）。

（4）維修旁路狀態(tài)：

市電經維修旁路直接向負載電供電（如圖4所示）。

2.2設計方案

電廠（3A/3B）UPS裝置系統(tǒng)更新，采用目前市場上電廠專用且成熟品牌的產品替代，電廠專用UPS是工業(yè)級的產品，其可靠性遠高于目前普遍使用的商用機，從在電廠幾臺機組使用的E2001.2（1）應用實際看，該機不僅技術參數(shù)滿足使用要求，主要的是在主回路結構上仍采用輸入輸出變壓器，功率回路功率裕度較大，控制回路冗余結構，這些技術對提高設備的可靠性起著關鍵的作用。因此，這次電廠（3A/3B）UPS裝置改造我們仍采用電廠專用型UPS設備。

該系統(tǒng)直流部分采用直流屏供電，UPS可以不用蓄電池作為后備電源，而直接采取直流屏的電源取代上圖中的蓄電池供電。另外由于逆變輸出對于旁路輸入連續(xù)跟蹤，所以當逆變部分失去輸出或有非常大的沖擊負荷而過負荷或者負荷側短路，通過靜態(tài)切換開關自動切換到旁路電源供電，一旦故障消失再通過靜態(tài)切換開關自動切換到逆變供電，以上切換在同步狀態(tài)下切換時間為0，在其它狀態(tài)下切換時間≤4ms。

根據(jù)廠內UPS運行經驗，為了方便UPS維護，尤其是在發(fā)生故障時能夠將UPS裝置快速退出，特增加外置手動旁路開關P3（如圖5所示），實現(xiàn)最快速度恢復供電和UPS檢修中的安全及零風險。

考慮到原UPS輸出配電柜無總開關，結合增設外置維修回路功能，本次改造中3A、3B各增加1個輸出總開關。

電廠（3A/3B）UPS裝置的容量為50KVA，共二臺，根據(jù)現(xiàn)場情況需求分析，目前實際負荷沒有變化，因此容量配置不變化，仍選用二臺50KVA容量的UPS，分別為3A-UPS和3B-UPS兩套系統(tǒng)，正常情況下二供電系統(tǒng)各自供電。增設切換開關P5（如圖5所示），緊急情況下，二臺UPS裝置可以實現(xiàn)互為備用。綜合考慮目前的配置可以滿足現(xiàn)場的需求。

由于原UPS系統(tǒng)不具備報警功能，本次改造增加聲光報警箱，放置于電廠3號機中控室，兩套UPS裝置共用一套報警系統(tǒng)。主機配備以太網通訊卡和干接點輸出卡，便于集中運維監(jiān)控。

2.3項目改造內容

本項目改造內容如下：

1）在拆除原UPS設備的位置上更新安裝2臺UPS，基本保留原主回路電纜，只對部分電纜因長度問題重新調整或更換。

2）新增旁路柜2個，旁路隔離變壓器2臺，同時考慮因UPS維護方便和故障時能夠快速退出，增加外置手動旁路開關。

3）主機配備網絡接口便于集中運維監(jiān)控，新增加操作室遠程監(jiān)控報警裝置，并根據(jù)要求在旁路柜增加故障信號輸出端子。

4）拆除原設備（3A/3B）UPS二套，電氣柜共10個。

3改進后UPS裝置系統(tǒng)特點及優(yōu)勢：

按照重要設備、區(qū)域UPS選型的要求，本項目改造設備基本采用單機互備方式，容量配置按照現(xiàn)場工藝需求和實際負荷考慮。同時為解決UPS功能試驗問題及故障后無法離線，延誤修復進度的問題，增加外置手動旁路開關。對于無人操作或值班的UPS設備增加遠程監(jiān)控聲光報警裝置，確保UPS發(fā)生報警后能夠及時發(fā)現(xiàn)并采取措施。

3.1改造采用的UPS裝置技術特點：

1）高效率—可獲得最大可用的輸出功率>94%。

2）極低的輸入諧波失真（THD）—將輸入電流失真保持在典型值5%，最小值3%。

3）極高的輸入輸出功率因數(shù)—應用IGBT電路產生的電壓和電流之間的相位移管理（0.99輸入/0.9輸出）。

4）雙變換拓撲—負載與輸入電源完全隔離。

5）采用單機互備結構，不采用傳統(tǒng)UPS并聯(lián)所需要的通訊線，消除了單點故障，提高了系統(tǒng)的可靠性。兩臺UPS均獨立工作，無主從關系。UPS的單機運行，負載的均分不平衡度<2%。[3]

3.2整體更新UPS裝置系統(tǒng)的優(yōu)勢：

1）消除由于原UPS設備老化所帶來的隱患，UPS系統(tǒng)改進后更方便檢修維護，有效確保L2、L1計算機等電氣設備的可靠運行，減少故障率，降低維修成本。

2）改進后的UPS系統(tǒng)功能更齊全、操作更方便、輸出精度更精確。

3）改進后的UPS系統(tǒng)更加環(huán)保節(jié)能。

4）改進后的UPS具備網絡接口，便于集中運維的監(jiān)控。

5）雙機并聯(lián)系統(tǒng)的無故障時間比單機系統(tǒng)可提高10倍左右，可靠性大大提高。

6）改進后的系統(tǒng)運行率Y≥99.95%。同一臺設備的故障次數(shù)≤1次，系統(tǒng)各設備的故障次數(shù)總和≤2次。[4]

結束語

本次改造采用目前市場上電廠專用且成熟品牌替代，徹底解決了UPS設備老化帶來的設備不穩(wěn)定問題，投運以來效果良好，滿足自備電廠的生產需求，低故障率，由于增設外接手動旁路控制，進而方便檢修維護，大大提高了生產效率，進一步提升了UPS裝置供電回路的可靠性。

參考文獻

[1]鄺國源.淺談如何提高有線電視機房供電安全及UPS電源在有線電視機房中的應用與維護[C].中國電子學會，2011.

[2]鄭長立.基于Siemens S7系列PLC控制的6kV備用電源自動投入裝置改造[C].中國建筑學會，2007.

[3]熊煒.淺談UPS電源的冗余結構與日常維護[J].工業(yè)技術，2010.

[4]王鵬飛，張延智，李其軒，等.小浪底電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)UPS電源改造及應用[J].水電能源科學，2011，29（10）.

（作者單位：上海寶鋼工業(yè)技術服務有限公司）