黏膠生產線不間斷電源的創新與優化

安 民

(唐山三友集團興達化纖有限公司，河北 唐山 063305)

黏膠短纖維生產是一個連續的生產過程，近年來，隨著工藝過程的成熟，其控制系統一般采用DCS集中控制，DCS集中監控可以優化控制過程，全面實現自動化生產，節約人力成本，提高控制精度。因為在黏膠生產過程中存在黃化工序，如果控制的穩定性達不到，將會出現事故。而其穩定性則取決于DCS系統的穩定性。DCS系統主要元件為計算機控制卡等智能卡件，確保DCS運行穩定性的一個必要條件是供電電源必須穩定。針對DCS控制系統使用的不間斷電源由于現場的氣體腐蝕，造成UPS故障； 并機UPS的方案運行不穩定，故障率高； 沒有絕對旁路設計，UPS故障均要斷電處理等問題，本文選擇簡易型UPS，并對控制板進行處理，通過優化控制柜，設計安裝絕對旁路等創新做法，保證了DCS供電穩定，其智能卡件不易損壞及黏膠短纖維生產的穩定。

1 不間斷電源的配置與存在問題

在化纖行業的一般設計中，DCS控制系統供電電源一般采用智能型UPS供電。在使用UPS[1]對黏膠生產線供電的過程中，大致經歷了兩個階段：即單機階段與并機階段。

1.1 單機階段

第一階段，單機UPS[1]供電，就是單獨使用一臺UPS主機及配套電池柜，對DCS系統供電。使用單機UPS對DCS系統供電出現的問題是：單機系統多為電子線路板等卡件組成控制，由于黏膠生產過程產生的H2S氣體對電子設備[2]的腐蝕性，造成了UPS運行的不穩定。在運行過程中出現UPS本身故障，不能有效切換，不能倒至旁路供電等問題，對DCS控制系統的運行產生干擾，造成卡件損壞，生產中斷等問題。而且，單機UPS[1]的檢修需要將UPS斷電，也就是將生產線控制系統斷電，才能退出檢修。在停電與送電的過程中，有些DCS控制卡件容易損壞，造成了另一個不穩定因素。

1.2 并機階段

第二階段，采用兩臺UPS并機[3]運行的供電方案。就是使用兩臺UPS 并聯為負載供電，此方案投資大，占地面積大。通過實踐檢驗，此方案在運行中，由于通訊問題，及控制卡件[2]的腐蝕問題，造成兩臺UPS在切換過程中出現不穩定現象，而且，將故障的一臺UPS[1]主機從系統中切除也不能實現。綜合以上實踐總結，單純依靠UPS不能實現對黏膠生產線DCS控制系統的可靠供電。

2 創新與優化方案

通過生產實踐的總結與試驗，我們對UPS供電電源進行了優化與改進，解決供電不可靠問題。優化方案消除了市電[3]故障、UPS故障造成的供電[3]波動；消除了不能在線退出或投入UPS主機[1]的問題，從而保證黏膠生產線的穩定運行。

采用控制簡單的UPS主機[1]替代結構復雜的UPS主機，盡量減少電子線路板的數量。由于簡易UPS內部控制板較少，運行穩定性提高；而且，我們對線路板進行了防腐蝕的噴涂處理[2]，提高了運行穩定性；增加雙電源[3]切換裝置，增加手動絕對旁路裝置。改進后的不間斷電源裝置系統框圖如圖1所示。

圖1 不間斷電源裝置系統框圖

不間斷電源由三部分組成：(1) 電池柜；(2)控制柜；(3)UPS主機。電池柜采用1 400 mm×800 mm×600 mm柜型，根據負荷情況，內部配置共32塊蓄電池，單塊蓄電池的容量為38 AH，電壓為12 V，內部接線為16塊電池為一組串聯，得到196 V，38 AH[1]的容量，最后將兩組并聯，得到196 V，76 AH的容量，作為UPS的備用電源，其原理圖如圖2所示。即將16塊12 V，38 AH的電池串聯后，再將兩組并聯。

圖2 電池連接原理圖

控制柜同樣采用1 400 mm×800 mm×600 mm柜型，圖1中為控制柜的布置示意圖，其原理圖如圖3所示。

圖3 不間斷電源裝置的原理圖

雙電源切換裝置[3]輸入兩路市電，兩路電源可以自動切換[3]，即正常時使用主路電源，當主路電源失電[3]，切換裝置自動將電源切換至備用電源，切換過程中負載電源由UPS逆變電池電源[1]提供。當主路電源恢復，自動切換裝置將供電電源又切換至主供電源，切換過程中，負載電源由UPS逆變[1]電池電源提供。控制柜內的切換部分由QF1、QF2、QF3、QF4 四臺斷路器組成，從原理圖圖3可以知道，QF1與雙電源切換裝置及UPS相連，其作用是為UPS供交流電源； QF2斷路器與雙電源切換裝置及輸出負載相連，其作用為絕對旁路切換，即當UPS故障時，通過QF2的操作，可以無擾退出UPS主機進行檢修； QF3與UPS及負載相連接，其作用是為負載母線供電； QF4與電池組及UPS相連，其作用是電池聯絡開關。電源輸出部分由QF5、QF6組成，QF5、QF6與QF3及負載相連，其主要作用是為負載[2]提供電源。

3 實踐應用

實際使用中，在原液車間的DCS控制系統，我們安裝使用了本套裝置，其原理圖如圖3所示，工作過程為：正常情況下，主路電源及旁路電源均有電，且兩路電源來自不同的配電室或同一配電室的不同母線段。此時，雙電源切換裝置自動運行在主路電源供電。此時，合上QF4[3]開關，將電池組投入運行，合上QF1[3](注意此時QF2、QF3、QF5、QF6均在斷開位置)，UPS得電，然后按下UPS啟動鍵，UPS開始啟動，對外有電壓輸出。合上QF3[3]為輸出母線送電，合上QF5、QF6分別為DCS負載送電。

UPS故障狀態下的切換：當UPS故障時，UPS主機自動轉入自己機器內部的旁路供電，并發出報警音及指示閃爍，此時，我們合上QF2，將市電與UPS旁路電源并聯運行。確認并列后，斷開QF1、QF3、QF4開關，將UPS從系統中退出，在不對DCS負載停電的情況下，退出了故障UPS主機進行維修。當主機維修完畢，準備投入運行，其操作為合上QF1、QF4開關，不啟動UPS，使用其機器內部的旁路電源對負載送電，合上QF2絕對旁路開關，使UPS機器內部的旁路電源與市電絕對旁路并聯，并聯后，斷開絕對旁路電源QF2開關，退出絕對[1]旁路電源，然后啟動UPS[1]，使用UPS電源正常對DCS負載供電。

市電[3]故障下的切換：當主路電源故障失電，雙電源切換裝置切斷主路電源，準備轉到備用電源，轉換過程中交流電[3]要失電，此時UPS電源自動轉為電池組逆變對負載供電，當轉換裝置轉到備用電源后，UPS又自動轉到市電整流逆變[3]輸出電源，開始正常工作。

4 結語

與現有技術相比，優化后的不間斷電源系統的優點在于:使用簡易UPS主機代替控制復雜的UPS主機，使運行更穩定、可靠； 增加雙電源自動切換裝置，確保對UPS供電可靠。從而為UPS的穩定輸出提供保證； 增加絕對旁路設計，當UPS故障時，可以無擾退出或投入UPS主機； 可以對輸出電壓調壓，適應較長距離供電；對UPS主機控制板進行防腐蝕噴涂，提高運行穩定性。通過幾次電網波動[3]的檢驗，不間斷電源裝置切實起到了作用，從而避免了工藝控制波動，避免了DCS智能卡件的損壞。

[1] 山特電子(深圳)有限公司.山特CASTLE 系列[C6K(S)C10K(S)]使用手冊[Z].2008-2009.

[2] 北京ABB電氣傳動系統有限公司.低壓交流傳動 ACS510-01 變頻器(1.1-160kW) 用戶手冊[Z].2009.

[3] 劉介才.工廠供電[M].第2版.北京:機械工業出版社出版，1991.