UPS遠程管理系統應用及效果評價

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遠程管理系統應用及效果評價

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”是集氣站自控及網絡系統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壓、濾波的作用，確保自控系統、網絡通訊以及監控設備正常運行。目前，在集氣站UPS系統實際運行的過程中，UPS蓄電池組難以保障定期進行充放電維護，造成系統運行效率降低，蓄電池壽命縮短。本文結合集氣站UPS系統運行現狀，提出應用UPS遠程管理系統，并對實施效果進行分析評價。

UPS系統；遠程管理系統；智能斷路器

1 集氣站UPS系統運行現狀及存在問題

1.1 集氣站UPS系統簡介

目前本廠各集氣站UPS系統均為在線式UPS系統，其設備構成包括濾波器、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。系統設備結構圖（見圖1）。

圖1 在線式UPS設備結構圖

在線式UPS系統工作原理為:當外電供電正常時，外電先經濾波器去除高頻干擾，得到純凈的交流電，再經過整流器將其轉化為穩定的直流電，然后分為兩路:一路通過充電器對蓄電池組進行充電，另一路通過逆變器將直流電轉化為穩定的交流電供負載使用。當發生外電失電、欠壓等異常情況時，系統將發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換為交流電，為負載設備提供電源。

在線式UPS系統的特點為系統運行時逆變器一直處于工作狀態，無論外電是否正常，UPS設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無轉換時間，能夠為負載設備提供可靠穩定的供電保障。

1.2 UPS系統運行現狀

截止2015年初，本廠33座集氣站均配備了在線式UPS系統，主要用于集氣站自控系統、網絡通訊系統以及視頻監控設備的供電。

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

1.3 存在問題

升級后的UPS系統通過近一年的運行情況來看，各集氣站系統設備運行穩定，能夠滿足日常生產需求。但系統設備仍普遍缺乏日常維護保養，蓄電池組長期處于浮充狀態，沒有定期進行充放電維護。長此以往將會嚴重影響蓄電池組壽命，縮短UPS系統續航時間，不僅運行成本上升而且會給生產帶來安全隱患。

2 UPS遠程管理系統應用改造

2.1 解決思路

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

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

（2）UPS系統設備管理模式應由各集氣站屬地管理變為作業區集中管理，設備定期維護能夠由作業區統一部署。

（3）減少設備維護工作量，降低員工勞動強度；降低設備運行成本。

2.2 解決方案

根據上述解決思路，提出以下3種解決方案:

（1）由各作業區制定統一的UPS設備維護制度，由集氣站當班員工進行定期充放電維護。

（2）聯系UPS廠家對系統設備進行升級，定制自動維護功能模塊，實現在UPS設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，完成充放電維護全過程。

（3）在UPS外電供電線路上增設一臺具有遠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；讀取UPS設備運行數據，通過開發UPS遠程管理程序，實現UPS設備運行狀態實時監控，能夠遠程切斷UPS外電供電斷路器、對蓄電池組進行充放電維護。

2.3 可行性分析

以上三種方案都能實現UPS設備的定期充放電維護，但各有利弊:

方案一:無需對系統設備作出硬件上的改動，不需要投入資金成本，由各作業區集中部署，人工定期進行維護作業。但部分數字化值守集氣站需派專人趕往現場維護，員工勞動強度較大，且人工充放電過程中無法實時監控蓄電池電量，維護過程存在斷電風險。

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

方案三:由UPS遠程管理程序控制智能斷路器對外電供電線路進行斷/閉合操作，完成蓄電池組的充放電維護，能夠減少員工勞動強度；充放電維護過程及UPS設備運行狀態能夠實現上位機遠程監控；充放電維護過程中蓄電池電量低于固定值時斷路器自動閉合，避免斷電風險。智能斷路器異常情況下斷開時可遠程復位。

通過可行性對比分析，采用安全性更高的第三種方案進行改造。

2.4 設備原理及選型

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，便于現場操作；控制模塊用于實時監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，保護負載用電設備；擁有自復位功能，在斷路器異常斷開后進行閉合復位。同時支持Modbus、RS485等通訊協議，通過接收數字量信號，對斷路器進行遠程控制，并向外傳輸斷路器斷開狀態或故障反饋信號，便于上位機進行實時監控。

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

3 現場安裝及應用

3.1 硬件設備安裝

在集氣站外電線路至UPS進線端子間增設一臺智能斷路器（見圖2），將其控制及反饋信號接入集氣站SCADA系統；將UPS機組通訊板遠傳信號通接入集氣站SCADA系統，便于上位機進行遠程控制和實時監控。并模擬設備定期維護、供電線路異常等情況，測試斷路器能夠滿足使用需求。

圖2 現場設備安裝示意圖

3.2 自控系統程序開發及組態

3.2.1 自控程序開發 在各集氣站控制器原程序上開發UPS遠程控制程序，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時向智能斷路器發送斷路信號，切斷UPS外電，對UPS蓄電池組進行放電維護。利用UPS設備RS485信號檢測蓄電池組電量，當放電維護時間超過2小時或蓄電池電組量低于70%時向智能斷路器發送閉合信號，恢復UPS外電供電并對蓄電池組進行充電。

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

遠程復位與反饋: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，各作業區上位機集中監控；遠程故障復位指令通過上位機手動向單個集氣站發送，通過控制器傳輸至智能斷路器。

3.2.2 自控程序組態 向各作業區服務器數據庫添加各集氣站UPS遠程控制程序數據點，并在作業區上位機進行組態，能夠顯示智能斷路器開閉狀態、故障報警信息、UPS蓄電池組電量、發送斷路器斷開及遠程復位指令。

4 應用效果評價

4.1 UPS系統設備管理水平顯著提高

通過應用遠程管理系統，UPS系統設備運行由分散的集氣站屬地管理模式優化為作業區部統一集中管理，設備運行狀態、參數能夠由作業區中控室遠程實時監控。發生外電線路故障、斷路器異常斷開等問題時，值班人員能夠在第一時間發現并采取應急措施，避免出現生產安全事件。UPS設備定期維護也由人工操作變為自控系統遠程下發指令自動完成，指令執行情況及維護過程能夠遠程在線監控，在確保系統設備能夠得到定期維護的同時降低了維護作業風險。

4.2 集氣站生產安全得到有效保障

應用UPS遠程管理系統能夠確保定期維護按時進行，使得蓄電池組壽命得到延長，顯著提高了系統運行效率。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，且剩余電量能夠實時監控，在保障集氣站能夠正常生產的同時給搶險人員提供了充足的線路檢修時間。在遠程管理系統應用后，本廠集氣站從未發生過UPS系統失電事件，生產安全得到了有效保障。

表1 UPS遠程管理系統改造預算

4.3 經濟效益良好

根據本廠UPS系統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，設備更換成本約為20萬元。根據目前設備型號的普遍使用情況，在確保系統能夠定期維護的條件下，設備使用壽命均在5年以上，大幅節約了系統維護成本。單座集氣站應用遠程管理系統的改造費用僅為8 286元，改造成本低、經濟效益較好（見表1）。

5 結論及認識

（1）定期維護是提高UPS系統運行效果的關鍵。

（2）遠程管理系統的應用有助于提高UPS運行效果、延長設備壽命、方便集中管理。

（3）遠程管理系統的應用投資成本小、效果好、建議推廣。

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

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

［3］李亮亮，等.蘇里格第一天然氣處理廠自控系統改造效果評價［C］.第八屆寧夏青年科學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年畢業于蘭州理工大學過程裝備與控制工程專業。