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UPS電源設計與運用

2019-10-14 23:47:48李廣環
山東工業技術 2019年4期
關鍵詞:故障系統設計

李廣環

摘 要:本文就不間斷電源(UPS)的熱備冗余設計問題進行了一些探討,提出UPS多機熱備冗余的解決方案,具有線路簡單、在線維護方便、不斷電等特點。因此,UPS多機熱備冗余方案容易被越來越多的企業用戶所接受。

關鍵字:UPS電源;熱備冗余;維護方便

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.119

1 目前UPS運行中存在的問題

在制藥行業中,UPS電源在配電系統、 DCS、監控系統、自動化儀表,調度通信系統、微機系統等核心設備中發揮重要作用,它能夠保證在市電突然事故斷電情況下,使這些設備的電源能夠維持一段時間,保證它們在緊急情況下進行操作處理,不發生安全事故,也能使用戶數據能夠緊急存盤,不致因停電丟失數據,因此UPS 得到廣泛運用,但在使用中還是存在許多問題,主要表現在以下幾個方面:

(1)UPS主機出現故障轉為旁路運行時,在線維修難度大,仍然需要把主機退出來,增加了負載失電的風險;

(2)單臺UPS運行時,不管哪個部件發生故障,就會影響輸出;

(3)即時有雙機UPS運行的設備,僅為簡單的并列,且并列環流大,不利于長期運行。

2 UPS雙機冗余系統的優點

針對現有問題,結合多年實際使用情況,提出UPS多機熱備冗余的解決方案,解決熱備份連接方法的不足,將多臺同型號、同參數、同功率的的UPS電源輸出端通過聯絡開關并聯在一起,各UPS輸入端取至不同變壓器的供電電源。目的就是為了不能因為UPS進線電源故障或主機本身故障影響供電,提高供電的可靠性,并聯后的多臺UPS可靠性數學模型如圖1所示,根據上面的假設臺數,其系統可靠性R(t)可根據下式函數計算得出:

R(t)=1-(1-R1)(1-R1)2=0.9999999

由上面的結果可以看出,雙機冗余系統要比單機系統可靠性高出兩個數量級,其基本工作原理是:正常情況下,兩臺UPS均各自獨立輸出,均可獨自對負載設備供電,當一臺UPS故障時,由剩下的一臺UPS承擔全部負載。且因為有外部旁路系統,在不影響輸出的情況下,可脫機檢修,比如對于30kW的設備負載,我們可以考慮2臺15kW容量的UPS系統并聯,即使一臺UPS出現故障,另外一臺UPS仍然可以承擔全部負載,此為雙機熱備冗余。并聯冗余的本質,是不間斷電源可靠穩定的輸出。具體電路如圖2。

具體工作原理和操作流程如下:正常運行時QA11、QA13、QB1和QA21、QA23、QB2合閘,QA12、QA22、GK1分閘,兩臺功率相同的UPS分別對應不同的負載;若UPS1故障或市電失電時,需要退出UPS1進行維修,則該臺UPS會自動轉為內部旁路,另外一臺UPS人為轉為內部旁路,合GK1,2臺UPS在旁路狀態并聯運行,分QA13,再將UPS2轉為自動運行,所有負載由UPS2提供電源,分QA11,UPS1退出運行,主機取出維修;當UPS1故障排除后,按逆順序投入UPS1。

檢修和維護:若UPS1計劃檢修和維護,可直接合GK1,使兩臺UPS在熱機冗余情況下運行,分QA13、QA11開關(注意分合順序不能搞反),退出UPS1運行,取出主機檢修。

故障解決方式:若UPS1和UPS2同時發生故障,UPS會自動轉為內部旁路,此時合QA12、QA22,分QA13、QA23和QA11、QA21開關,退出UPS1和UPS2,改為市電供電模式。

從上面UPS冗余系統來看,運行的穩定性增強了,故障率低、供電方式更加靈活,檢修也方便,因此要比單UPS供電可靠性強,在非冗余情況下,組合方式多樣,也可提供單機運行模式、市電運行模式、電池供電模式,彼此獨立互不影響,可靠性大大提高。

該UPS不間斷電源并聯冗余系統有以下優點:

(1)提高供電系統的穩定性,沒有公用的元器件,不會因為一臺UPS主機或元器件故障影響全部輸出;

(2)因并機運行的每臺UPS功率、型號均一樣,內部阻抗、輸出波形也一樣,在帶載運行時基本上沒有環流,在空載時環流具有自平衡功能;

(3)線路簡單、可以在線檢修、維護,也可脫機檢修UPS主機。

(4)因系統結構一樣,備件成本低。

3 UPS雙機冗余系統運行中的不足

我公司購買多臺該系統設計的UPS,車間使用后反映效果良好,但在使用中也存在一些不足:

(1)由于故障時需要并聯運行,故需要并聯運行的UPS品牌、型號、參數一致,對于多品牌的使用增加了局限性;

(2)并機使用有環流存在,降低了運行的穩定性。

總之,在對UPS電源系統進行設計時,要結合使用工況、負載情況有針對性的選型設計,我們具有考慮可操作性、智能化,也要考慮投資成本、后期維護費用,同時還要考慮將來系統的擴容,不要只顧眼前利益,對設備進行簡單的堆積或組合,避免投資費用過大,又為達到預期要求,只有準備充分、用心設計,就一定能設計出滿足自己需求、性價比高的UPS冗余系統。

參考文獻:

[1]路華山.海南煉化生產控制系統UPS的應用技術探討與改進[J].電工技術,2010(03).

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