輸油場站UPS的缺陷及改進方法分析

李嵐鑫

中國石油西部管道新疆輸油氣分公司，新疆烏魯木齊 830001

1 輸油場站的UPS 簡述及工作原理

隨著西部輸油管道事業的發展壯大，UPS 的應用也越來越廣泛，它能為輸油場站提供高質、穩定的電源供應，保證了生產系統的及時有效地運行。UPS 分四部分：整流、蓄能、逆變和開關控制，主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態開關等幾部分組成。

1）整流器

整流器是一種將交流轉換成直流的裝置，它的主要功能：一是將交流電變為直流電，然后經過濾波板后供給負載或逆變器；二是給蓄電池提供供電電壓。

2）蓄電池

蓄電池是儲存電能的裝置，它由若干個電池串聯而成，其容量的大小決定了維持放電的時間。它的主要功能是：當市電正常時將電能轉換為化學能儲存在電池內部；當市電出現故障時將化學能變為電能到逆變器或負載。

3）逆變器

逆變器是一種將直流電轉換為交流電的裝置。

4）靜態開關

是一種無觸點交流開關，有兩個晶閘管反向并聯組成，其閉合和開啟由邏輯控制器控制。

UPS 電源的工作原理為：在電網電壓工作正常時，市電經過整流、逆變后輸出穩定的電壓供給負載，同時給蓄電池充電；當市電異常導致突然停電時，由蓄電池給負載提供電源以維持正常的生產；如果UPS 故障時，自動轉到旁路供電，以保持系統的正常運行。

2 翠嶺站UPS 故障分析及解決措施

1）UPS 機故障現象及應急措施

以新疆輸油氣分公司翠嶺站為例，輸油場站UPS 背板接線端子處冒出大量黑煙，導致UPS 停機及發生逆變輸出故障。經檢查發現，輸油場站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生斷電，最終導致了UPS 停機或發生逆變輸出故障。應急措施：這種斷電事故發生時需要排查人員及時實施補救措施，比如對UPS 實施電氣隔離，拆除 UPS 的主路、旁路電源及輸出電纜，并測量UPS 電池組的電池運行情況等。處理完畢后，看UPS 逆變是否恢復工作及所帶負荷是否恢復供電，否則需要現場的維修人員進一步對電池的濾波板、電源濾波板、輸出濾波板、電源板及主控板等進行檢查，一旦發現有損壞現象則及時進行更換處理，以使UPS 正常投運。

2）造成UPS 機被燒毀及輸出停止的原因分析

根據翠嶺站UPS 事故現場的情形，當時濾波板被燒毀的過程中產生了大量的熱量，損毀了端子的隔板，將濾波板上的金屬導電體融化導致大量的黑煙，金屬導電體融化飛濺出來的顆粒物使UPS 內部絕緣下降，輸出濾波板、電源根據濾波板、主控板、電源板短路損毀。 根據多年來UPS 在實際生產中的應用分析，造成這種電池濾波板出現電弧放電的現象可能的原因是飛蟲或金屬導體搭接造成的。

翠嶺站UPS 輸出是由兩臺UPS 在各自輸出端子排后并聯運行，一臺UPS 發生故障造成停機時，它的輸出端會發生短路現象，導致另一臺UPS 輸出交流接觸器斷開，靜態旁路未進行切換而無法正常輸出而立刻停止工作，

3）UPS 事故總結及補救措施

翠嶺站UPS 為雙機并聯冗余的運行方式，這種接線方式的優勢在于如果單臺機發生故障不會對其他的UPS 機造成影響，但是由于UPS 運行方式及接線方式存在一定的缺陷，造成了其他的UPS 機全部出現了損壞。為了避免這種情況的再次發生，需要對UPS 的接線方式進行相應的整改優化。整改措施為先分離所有的UPS 輸出，并在各個輸出部位均加一個輸出開關，輸出開關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荷。注意：UPS 輸出應與新加的輔助電源互為閉鎖，這樣可以避免出現相序不同的問題。

3 UPS 在實際應用中存在的缺陷分析

作為輸油場站的不間斷供電設備，UPS 系統在實際的應用中存在一定的缺陷，造成了各種故障的發生使供電停止，甚至出現人身安全事故。現將UPS 的缺陷簡單總結如下：

1）單機故障影響到整個系統的缺陷

雖然輸油場站內的所有UPS 機均采用并聯冗余的接線方式，但是由于運行方式和接線方式上存在一定的缺陷，比如，兩臺或多臺輸出UPS 機之間連接過于緊密，沒有各自的控制輸出開關，或者有各自的控制輸出開關但是并沒有由帶選線功能的控制器控制，這種運行方式及接線方式往往會導致一臺UPS 機發生故障后會影響到整個供電系統發生故障。

2）配置模塊化UPS 存在的缺陷

為了提高UPS 的可靠性，所有Masterys 模型一般被安裝為并聯冗余的模塊化配置，但是這種配置在實際應用中存在著很多缺陷：首先，由于并聯模塊較多，其可靠性會隨著模塊數量的增多而下降，即模塊數量越多，控制單元越多，那么隨之故障點就會增多；其次，冗余系統中的UPS 功率越大會導致整套UPS 冗余并機系統的“輸出功率的余量”越小，那么必然會造成UPS 系統抗“輸出過載”的能力下降；第三，如果需要增加容量必然會考慮另外購買相應的功率模塊，造成投資的加大，同時必然會帶動維護成本的增加。

4 對UPS 進行優化設計

1）改進并聯冗余的接線方式

UPS 是長輸管道業務中輸油場站的一種不間斷的供電裝置，站內的UPS 系統大部分采用了并聯冗余的接線方式，并且 UPS 進線設有了浪涌保護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生，同時兩個UPS 電源分別引自兩段不同的母線，一個UPS 電源發生故障不會影響到另一個。

2）自動診斷系統的應用

自動診斷系統的應用使得UPS 操作起來更加的直觀和簡單易行，它具有自動識別故障機監視環境的功能，能夠及時將UPS 故障信息（如溫度、過載等）通過電子郵件或調制的解調器發送診斷報告到支持中心，以便維修人員能夠及時掌握故障信息和及時作出緊急搶救措施，避免造成設備停止的風險，保證系統的正常運行。

3）采用高效的供電模式

對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間被編入程序從而直接從輔助市電供給應用設備動力。如果電源儲運耗損，UPS 會自動轉到逆變器并繼續由電池給負載提供動力。這種高效的供電模式分為ECO 經濟模式和Always On 總在模式：ECO 經濟模式具有很高的供電效率，由于在普通操作條件下，應用通過自動旁路由輔助市電直接供給；創新的Always On 總在模式結合了非常高的效率和活躍的過濾諧波，通過畸變的負載再次被注入到上游市電，大大提高了供電效率。

4）節能模式的應用

該模式能夠保證UPS 在待命時不使用任何動力，當以高負載激活機器的時候會以最大的生產力運轉，這樣UPS 總在最高的負載效率下運行，才能導致更高的系統效率。這種節能模式的成功之處在于：當負載增加時，待命的機器會立刻恢復激活以保證連續的供電。另外，監測運行時間意味著小時數被分配在所有UPS 上，交替時常被關閉的機器，這能延長機器的壽命并能減少故障風險。

5）網絡監控系統的應用

隨著科技的不斷進步，網絡的應用逐漸滲透到了各個領域，在長輸管道業務中，為了更直觀地對站內的UPS 系統進行監控和事故預警管理，對大型的UPS 系統進行了網絡設置，即將UPS 連接到一個標準的LAN 局域網，則可以通過一臺被連接到網絡的電腦對UPS 的運行狀態通過超文本的形式進行頁面監測。拿UNI VISION PRO 舉例來說，UNI VISION PRO 是通過RS232 接口或LAN 局域網連接到本地服務器以管理UPS的。它的主要功能有：通過網絡瀏覽器的圖形來監視UPS；通過串行接口控制本地服務器的停機作業；通過proxy 代理和選用的Java 停機客戶遙控停機；通過電子郵件給其他地址（最多8 個）發送提醒郵件等。

6）警報系統的應用

系統警報系統能夠在以下情況發生時及時發出報警信號：技術站點的溫度高于推薦的最大值、輔助市電超過可被接受的容忍值、負載要求的功率高于可用功率、維護旁路被激活、使用條件不當、輸入的市電超過可被接受的容忍值及錯誤的相周期方向等。

5 UPS 在日常維護中應注意的問題

為了更好地使UPS 不間斷電源供電系統服務于輸油場站，必須使UPS 在一個正常、高效的環境下運行，以提供最優的操作效率并避免設備停工的風險，這就需要為UPS 進行定期專業的預防性維護。應注意以下幾點：

1）所有設備的維護操作必須有專業的UPS 人員或具有UPS 授權的人員執行。因為UPS 系統涉及的專業性非常強，各種定義、參數等非常復雜且操作起來需要很高的專業技術；

2）對UPS 機的維護與檢修。UPS 主機的維護主要是防塵和定期除塵，在除塵的同時檢查各連接件和插件有無松動和接觸不牢的情況，一經發現，立即糾正。另外，每年定期對UPS系統進行維護與檢修；

3）UPS 使用日常使用注意事項

（1）使用環境應保證清潔，無雜物塵土，并且通風良好，利于散熱；

（2）切勿帶感性負載，如針式打印機、日光燈、空調等；

（3）切忌UPS 帶負載過輕，否則會造成電池的深度放電而影響電池的使用壽命；

（4）對UPS 適當放電，有助于電池的激活。

6 結論

作為輸油場站的一種不間斷供電電源，UPS 技術的發展日新月異，在現實應用中應根據實際情況選擇合適的UPS，以發揮UPS 更大的功效。但是正所謂“再好的設備也有美中不足之處”，如何規避UPS 在實際應用中的缺陷，并采取合理有效的改進措施，嚴格做好日常維護檢修工作，以保證設備的安全高效的運行。

[1]UPS安裝操作手冊.

[2]翠嶺站UPS停機故障分析報告.

[3]模塊化UPS技術缺陷.百度文庫.

[4]傳統數據中心采用UPS供電的缺陷.百度文庫.