不間斷電源在化工裝置中的應(yīng)用

張養(yǎng)紅

（濟(jì)寧中銀電化有限公司，山東濟(jì)寧272021）

不間斷電源在化工裝置中的應(yīng)用

張養(yǎng)紅

（濟(jì)寧中銀電化有限公司，山東濟(jì)寧272021）

通過(guò)多年應(yīng)用實(shí)踐，介紹了不間斷電源裝置（UPS）系統(tǒng)運(yùn)行中的常見(jiàn)故障及解決方案，以此提高應(yīng)用水平，減少事故。

UPS；故障；解決方案；冗余并機(jī)

1 應(yīng)用不間斷電源裝置的意義

隨著化工生產(chǎn)過(guò)程中自控技術(shù)的發(fā)展和DCS系統(tǒng)的推廣，對(duì)自控單元的供電要求也越來(lái)越高。濟(jì)寧中銀電化有限公司在氯堿生產(chǎn)中采用了多套DCS控制系統(tǒng)，均采用不間斷電源裝置（UPS）供電。

UPS的基本功能是穩(wěn)壓，濾波，不間斷。在市電供電時(shí)，起到穩(wěn)壓器和濾波器的作用，以消除或削弱市電的干擾，保證設(shè)備正常工作；在市電中斷時(shí)，它又可以把電池組、柴油發(fā)電機(jī)等提供的直流電轉(zhuǎn)化為交流電供負(fù)載使用，其中，由市電供電轉(zhuǎn)電池供電一般為零時(shí)間切換，這樣就使負(fù)載設(shè)備不間斷地運(yùn)行。由于DCS是24 h連續(xù)工作，且工廠配電系統(tǒng)較易遭受雷擊、絕緣破壞、操作事故、大容量負(fù)荷合閘沖擊的影響，也會(huì)發(fā)生電網(wǎng)電源的波動(dòng)、脈沖干擾和瞬時(shí)中斷等現(xiàn)象，要保證DCS的可靠運(yùn)行，對(duì)UPS電源也有很高的要求。

2 UPS在應(yīng)用中出現(xiàn)的故障

該公司從2001年隨著離子膜生產(chǎn)裝置使用DCS系統(tǒng)，配套引進(jìn)了1臺(tái)山特公司的UPS開(kāi)始，到目前為止，共使用過(guò)十多臺(tái)不同品牌和型號(hào)的UPS，主要給裝置儀表、DCS等重要工業(yè)負(fù)荷供電。在使用過(guò)程中也曾發(fā)生多次故障。

（1）因高壓電源故障而造成生產(chǎn)供電瞬間中斷，應(yīng)由UPS自動(dòng)轉(zhuǎn)備用電池逆變向DCS控制系統(tǒng)正常供電，但因后備電池組中個(gè)別電池內(nèi)阻增大，UPS逆變轉(zhuǎn)換失敗，使1臺(tái)主機(jī)主板被燒。

（2）因UPS放置位置不當(dāng)，環(huán)境未達(dá)到要求，UPS整流器故障，且未切換電池供電狀態(tài)，致使DCS控制系統(tǒng)失電若干分鐘。

（3）因UPS輸入空氣開(kāi)關(guān)接觸不良，UPS自動(dòng)轉(zhuǎn)入電池逆變供電，而電池使用年限長(zhǎng)，有老化現(xiàn)象，供電時(shí)間短，事故未處理完便電力耗盡。

（4）電池組開(kāi)關(guān)被誤碰，電池開(kāi)關(guān)置于“OFF”狀態(tài)，UPS未發(fā)出警報(bào)并自動(dòng)關(guān)機(jī)，致使系統(tǒng)失電。

3 故障原因分析

從上述故障可以看出，電池故障是UPS故障的主要原因，其他幾項(xiàng)都可以依靠UPS完善的報(bào)警系統(tǒng)和日常巡檢來(lái)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。因此，電池是UPS維護(hù)的重點(diǎn)內(nèi)容。

中小容量的UPS系統(tǒng)采用的電池大部分單體為12 V鉛酸免維護(hù)電池，1套UPS系統(tǒng)按照機(jī)型由若干塊單體電池串聯(lián)組成，每一塊電池的性能都將影響整組電池發(fā)揮作用。因此，對(duì)整個(gè)電池組來(lái)說(shuō)，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，容量最小的電池將決定著整組電池的容量。

正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)鉛酸免維護(hù)電池應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)：在同一個(gè)UPS中，必須使用同品牌、同型號(hào)、同規(guī)格的電池；不要將蓄電池放在火源及發(fā)熱處使用；盡可能使電池處于環(huán)境溫度為20~25℃；定期（3~6個(gè)月）對(duì)電池進(jìn)行活化治療性放電，即用10 h放電率恒流放電至10.8 V，然后充足電再用；每次停電，用萬(wàn)用表測(cè)量一組電池的電壓，如下降很快，需做好關(guān)機(jī)的準(zhǔn)備，以免電池深度放電，若主機(jī)發(fā)出報(bào)警，應(yīng)立即關(guān)機(jī)；電池的充電設(shè)定電壓應(yīng)在UPS的指定范圍內(nèi)，超出范圍，容易造成電池破損、容量降低及壽命縮短；UPS與電池之間必須接1個(gè)空氣直流開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)的電壓、電流規(guī)格不得小于對(duì)應(yīng)型號(hào)UPS的電池電壓和電流規(guī)格。

因此，在電池使用方面，應(yīng)避免“免維護(hù)”就是“不用維護(hù)”的誤區(qū)，運(yùn)行期間也需要定期對(duì)電池放電維護(hù)。

4 UPS的日常維護(hù)

4.1 UPS的使用環(huán)境要求

（1）UPS機(jī)房的溫度應(yīng)保持為20~25℃，并保持通風(fēng)，不能將UPS及電池放入密封構(gòu)造物體內(nèi)，以免機(jī)器損壞、人身受傷害。

（2）UPS表面應(yīng)保持清潔、干燥狀態(tài)。

4.2 UPS的正確使用要求

（1）必須嚴(yán)格按照正確的開(kāi)、關(guān)機(jī)順序進(jìn)行操作，避免突然加載或減載時(shí)UPS的輸出電壓波動(dòng)太大。

（2）嚴(yán)禁頻繁開(kāi)關(guān)UPS。一般要求在關(guān)閉UPS后，至少等候6 s再開(kāi)啟，否則可能進(jìn)入“啟動(dòng)失敗”狀態(tài)，即UPS進(jìn)入無(wú)市電輸入又無(wú)逆變輸出狀態(tài)。

（3）禁止超載使用UPS，最大負(fù)載最好控制在80%以內(nèi)。

（4）UPS開(kāi)關(guān)機(jī)屬于防勿動(dòng)操作，開(kāi)關(guān)機(jī)應(yīng)按住1 s以上。

（5）注意保證UPS的有效屏蔽和接地保護(hù)。

5 一般故障處理

當(dāng)UPS電源在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，切勿慌亂操作任何開(kāi)關(guān)和按鈕，以免將事故擴(kuò)大甚至造成UPS輸出中斷。UPS具有自診斷功能，一旦出現(xiàn)故障，會(huì)通過(guò)狀態(tài)指示燈、液晶顯示屏提供故障類型、故障時(shí)間等信息。待看清狀態(tài)指示燈及液晶顯示屏提供故障類型提示后，再根據(jù)不同的故障類型進(jìn)行進(jìn)行相應(yīng)的處理。在UPS運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)的故障及處理措施如下。

（1）交流電供電故障。也就是交流輸入停電或出現(xiàn)大范圍的波動(dòng)，UPS出現(xiàn)該告警時(shí)，同時(shí)出現(xiàn)電池放電告警信息，此時(shí)，UPS面板狀態(tài)指示燈的交流輸入燈熄滅，電池放電燈亮。處理辦法是，首先要確定是否為交流電供電故障，檢查UPS輸入開(kāi)關(guān)是否跳閘、保險(xiǎn)是否熔斷。如確為供電故障，在不知道恢復(fù)供電時(shí)間的情況下，把不重要的負(fù)載切除，以保證重要負(fù)載的不間斷供電。

（2）逆變器故障。出現(xiàn)該報(bào)警的同時(shí)，出現(xiàn)自動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)帶載告警。首先確認(rèn)在面板上是否同時(shí)出現(xiàn)逆變器超載報(bào)警，如有，則查看液晶顯示屏上的輸出電流，如超過(guò)額定電流，則關(guān)閉不重要的負(fù)荷，直到輸出電流小于額定輸出電流，然后按復(fù)位鍵消除報(bào)警后，重新啟動(dòng)逆變器并輸出，如沒(méi)有超載報(bào)警信號(hào)，說(shuō)明逆變器不是因?yàn)闆_擊電流而保護(hù)關(guān)閉，而是IGBT器件或驅(qū)動(dòng)控制有故障，應(yīng)及時(shí)通知廠家進(jìn)行維修。

（3）旁路失效。出現(xiàn)該報(bào)警信號(hào)時(shí)，一般應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)逆變器不同步報(bào)警信號(hào)。這表明輸入的交流電的電壓、頻率超出設(shè)定范圍，但滿足整流器要求，逆變器自起振，不再跟蹤旁路。此時(shí)不能再起動(dòng)大容量負(fù)荷，以免沖擊逆變器。

6 單機(jī)UPS系統(tǒng)存在問(wèn)題

在UPS放電維護(hù)期間，由于負(fù)荷是通過(guò)手動(dòng)旁路電源供電，因此存在以下問(wèn)題。

（1）負(fù)荷電壓與旁路電源電壓相同，不能保證指標(biāo)合格。

（2）負(fù)荷不受保護(hù)。萬(wàn)一旁路電源波動(dòng)或停電，負(fù)荷將受到重大影響。

（3）雖然定期對(duì)電池進(jìn)行充放電，但當(dāng)電池進(jìn)入使用壽命末期時(shí)，仍不能保證電池在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮作用。

7 冗余并機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

目前，隨著UPS技術(shù)對(duì)過(guò)程控制的要求，并機(jī)技術(shù)得到了應(yīng)用，有的機(jī)型不但可以實(shí)現(xiàn)2臺(tái)直接并機(jī)，甚至4臺(tái)或7臺(tái)UPS的增容并機(jī)。

UPS冗余并機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）系統(tǒng)的過(guò)載能力大大增強(qiáng)，2臺(tái)UPS的冗余并機(jī)是單臺(tái)UPS過(guò)載能力的2倍。（2）若增加負(fù)荷時(shí)，只需增加1臺(tái)或幾臺(tái)同容量的UPS并聯(lián)即可，實(shí)現(xiàn)模塊化增容并聯(lián)，不需重新更換大容量的UPS。（3）冗余并機(jī)UPS操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便。

選用冗余并機(jī)UPS應(yīng)該注意以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）要選用的并機(jī)UPS必須具備并機(jī)能力，且UPS為同一品牌、同一容量。要求并聯(lián)2臺(tái)UPS的輸出電壓相同、頻率相同、相位相同并所帶的負(fù)荷電流大小基本平衡。（2）2臺(tái)UPS同時(shí)帶負(fù)荷，平均分擔(dān)相等負(fù)荷，要求負(fù)荷功率小于或等于單臺(tái)UPS的額定功率，當(dāng)一臺(tái)UPS故障，另一臺(tái)UPS能繼續(xù)供全部負(fù)荷，這種方式也叫1/2冗余度并機(jī)。

該公司氯氣處理工序原使用1臺(tái)山特UPS（3 kVA），后因增加事故氯氣處理裝置，出于對(duì)電源安全方面的考慮，更換UPS進(jìn)行冗余并機(jī)。由于3 kVA的UPS不具備并機(jī)能力，重新購(gòu)進(jìn)2臺(tái)6 kVA的具備并機(jī)能力的UPS，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 并機(jī)雙UPS系統(tǒng)示意圖

通過(guò)將2臺(tái)具有相同功率的UPS的輸出直接并聯(lián)起來(lái)，這種并機(jī)雙UPS系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間是單機(jī)系統(tǒng)的七八倍，2臺(tái)UPS平均分配負(fù)載，當(dāng)其中任意一臺(tái)故障時(shí)，另外一臺(tái)UPS可獨(dú)立承擔(dān)整個(gè)負(fù)載的運(yùn)行，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。實(shí)現(xiàn)冗余并機(jī)后，在對(duì)每臺(tái)UPS的蓄電池維護(hù)時(shí)，只需將本臺(tái)機(jī)器手動(dòng)切換到維修旁路，就可以對(duì)退出運(yùn)行的UPS進(jìn)行維護(hù)。由于2臺(tái)UPS有2套電池，不但提高了外部電源故障時(shí)的后備電池的供電時(shí)間，也減少了電池故障使負(fù)荷供電中斷的概率，解決了單臺(tái)UPS系統(tǒng)的缺點(diǎn)，避免了UPS故障問(wèn)題造成裝置停車的問(wèn)題。

8 雙交流進(jìn)線單UPS供電

對(duì)于重要性較低的系統(tǒng)，本著既保證安全性，又降低采購(gòu)費(fèi)用的原則，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，采用了雙交流進(jìn)線單UPS供電，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 雙交流時(shí)線單UPS供電系統(tǒng)示意圖

在正常情況時(shí)，由交流電源1向UPS供電，當(dāng)交流輸入1有故障時(shí)，自動(dòng)切換到交流輸入2向UPS供電，交流電源1和2進(jìn)行電路連鎖。當(dāng)UPS正常工作狀態(tài)時(shí)，按“交流電源1—整流—逆變—負(fù)載”的運(yùn)行方式工作；當(dāng)整流器模塊有故障時(shí)，按“蓄電池—逆變—負(fù)載”的運(yùn)行方式工作；當(dāng)蓄電池放電完畢后，自動(dòng)切換到由自動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)向負(fù)載直接供交流電；當(dāng)逆變器模塊有故障時(shí)，按“交流電源1—維修旁路開(kāi)關(guān)—負(fù)載”的運(yùn)行方式直接向負(fù)載供廠用電；當(dāng)UPS有嚴(yán)重的故障需維修或更換時(shí)，按“交流電源1—維修旁路開(kāi)關(guān)”的運(yùn)行方式向負(fù)載供電，這時(shí)UPS被短接，可以交出檢修或更換，而不影響負(fù)載的正常供電。能夠降低采購(gòu)費(fèi)用，是較經(jīng)濟(jì)的方案。

Application of uninterruptible power supply in chemical setting

ZHANG Yang-hong
(Jining Zhongyin Electrochemical Co.,Ltd.,Jining 272021,China)

The common faults and solutions in the system operation of uninterruptible power supply(UPS) were introduced by many years practical application,in order to raise the level of application and reduce accidents.

UPS;fault;solutions;parallel redundancy

TM762

B

1009－1785(2010)10－0014-03

2010-06-17