不間斷電源在化工裝置中的應(yīng)用

張養(yǎng)紅

（濟寧中銀電化有限公司，山東濟寧272021）

不間斷電源在化工裝置中的應(yīng)用

張養(yǎng)紅

（濟寧中銀電化有限公司，山東濟寧272021）

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

UPS；故障；解決方案；冗余并機

1 應(yīng)用不間斷電源裝置的意義

隨著化工生產(chǎn)過程中自控技術(shù)的發(fā)展和DCS系統(tǒng)的推廣，對自控單元的供電要求也越來越高。濟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，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，它又可以把電池組、柴油發(fā)電機等提供的直流電轉(zhuǎn)化為交流電供負載使用，其中，由市電供電轉(zhuǎn)電池供電一般為零時間切換，這樣就使負載設(shè)備不間斷地運行。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、大容量負荷合閘沖擊的影響，也會發(fā)生電網(wǎng)電源的波動、脈沖干擾和瞬時中斷等現(xiàn)象，要保證DCS的可靠運行，對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)，配套引進了1臺山特公司的UPS開始，到目前為止，共使用過十多臺不同品牌和型號的UPS，主要給裝置儀表、DCS等重要工業(yè)負荷供電。在使用過程中也曾發(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別電池內(nèi)阻增大，UPS逆變轉(zhuǎn)換失敗，使1臺主機主板被燒。

（2）因UPS放置位置不當，環(huán)境未達到要求，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輸入空氣開關(guān)接觸不良，UPS自動轉(zhuǎn)入電池逆變供電，而電池使用年限長，有老化現(xiàn)象，供電時間短，事故未處理完便電力耗盡。

（4）電池組開關(guān)被誤碰，電池開關(guān)置于“OFF”狀態(tài)，UPS未發(fā)出警報并自動關(guān)機，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，其他幾項都可以依靠UPS完善的報警系統(tǒng)和日常巡檢來及時發(fā)現(xiàn)和處理。因此，電池是UPS維護的重點內(nèi)容。

中小容量的UPS系統(tǒng)采用的電池大部分單體為12 V鉛酸免維護電池，1套UPS系統(tǒng)按照機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，對整個電池組來說，隨著運行時間的增加，容量最小的電池將決定著整組電池的容量。

正常運行時，對鉛酸免維護電池應(yīng)該做到以下幾點：在同一個UPS中，必須使用同品牌、同型號、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個月）對電池進行活化治療性放電，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，用萬用表測量一組電池的電壓，如下降很快，需做好關(guān)機的準備，以免電池深度放電，若主機發(fā)出報警，應(yīng)立即關(guān)機；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個空氣直流開關(guān)，開關(guān)的電壓、電流規(guī)格不得小于對應(yīng)型號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”就是“不用維護”的誤區(qū)，運行期間也需要定期對電池放電維護。

4 UPS的日常維護

4.1 UPS的使用環(huán)境要求

（1）UPS機房的溫度應(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）必須嚴格按照正確的開、關(guān)機順序進行操作，避免突然加載或減載時UPS的輸出電壓波動太大。

（2）嚴禁頻繁開關(guān)UPS。一般要求在關(guān)閉UPS后，至少等候6 s再開啟，否則可能進入“啟動失敗”狀態(tài)，即UPS進入無市電輸入又無逆變輸出狀態(tài)。

（3）禁止超載使用UPS，最大負載最好控制在80%以內(nèi)。

（4）UPS開關(guān)機屬于防勿動操作，開關(guān)機應(yīng)按住1 s以上。

（5）注意保證UPS的有效屏蔽和接地保護。

5 一般故障處理

當UPS電源在運行過程中出現(xiàn)報警時，切勿慌亂操作任何開關(guān)和按鈕，以免將事故擴大甚至造成UPS輸出中斷。UPS具有自診斷功能，一旦出現(xiàn)故障，會通過狀態(tài)指示燈、液晶顯示屏提供故障類型、故障時間等信息。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)不同的故障類型進行進行相應(yīng)的處理。在UPS運行過程中，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，UPS出現(xiàn)該告警時，同時出現(xiàn)電池放電告警信息，此時，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輸入開關(guān)是否跳閘、保險是否熔斷。如確為供電故障，在不知道恢復(fù)供電時間的情況下，把不重要的負載切除，以保證重要負載的不間斷供電。

（2）逆變器故障。出現(xiàn)該報警的同時，出現(xiàn)自動旁路開關(guān)帶載告警。首先確認在面板上是否同時出現(xiàn)逆變器超載報警，如有，則查看液晶顯示屏上的輸出電流，如超過額定電流，則關(guān)閉不重要的負荷，直到輸出電流小于額定輸出電流，然后按復(fù)位鍵消除報警后，重新啟動逆變器并輸出，如沒有超載報警信號，說明逆變器不是因為沖擊電流而保護關(guān)閉，而是IGBT器件或驅(qū)動控制有故障，應(yīng)及時通知廠家進行維修。

（3）旁路失效。出現(xiàn)該報警信號時，一般應(yīng)同時出現(xiàn)逆變器不同步報警信號。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。此時不能再起動大容量負荷，以免沖擊逆變器。

6 單機UPS系統(tǒng)存在問題

在UPS放電維護期間，由于負荷是通過手動旁路電源供電，因此存在以下問題。

（1）負荷電壓與旁路電源電壓相同，不能保證指標合格。

（2）負荷不受保護。萬一旁路電源波動或停電，負荷將受到重大影響。

（3）雖然定期對電池進行充放電，但當電池進入使用壽命末期時，仍不能保證電池在關(guān)鍵時刻發(fā)揮作用。

7 冗余并機技術(shù)的應(yīng)用

目前，隨著UPS技術(shù)對過程控制的要求，并機技術(shù)得到了應(yīng)用，有的機型不但可以實現(xiàn)2臺直接并機，甚至4臺或7臺UPS的增容并機。

UPS冗余并機的優(yōu)點如下：（1）系統(tǒng)的過載能力大大增強，2臺UPS的冗余并機是單臺UPS過載能力的2倍。（2）若增加負荷時，只需增加1臺或幾臺同容量的UPS并聯(lián)即可，實現(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UPS操作簡單、維護方便。

選用冗余并機UPS應(yīng)該注意以下幾個問題：（1）要選用的并機UPS必須具備并機能力，且UPS為同一品牌、同一容量。要求并聯(lián)2臺UPS的輸出電壓相同、頻率相同、相位相同并所帶的負荷電流大小基本平衡。（2）2臺UPS同時帶負荷，平均分擔(dān)相等負荷，要求負荷功率小于或等于單臺UPS的額定功率，當一臺UPS故障，另一臺UPS能繼續(xù)供全部負荷，這種方式也叫1/2冗余度并機。

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

圖1 并機雙UPS系統(tǒng)示意圖

通過將2臺具有相同功率的UPS的輸出直接并聯(lián)起來，這種并機雙UPS系統(tǒng)的平均無故障時間是單機系統(tǒng)的七八倍，2臺UPS平均分配負載，當其中任意一臺故障時，另外一臺UPS可獨立承擔(dān)整個負載的運行，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。實現(xiàn)冗余并機后，在對每臺UPS的蓄電池維護時，只需將本臺機器手動切換到維修旁路，就可以對退出運行的UPS進行維護。由于2臺UPS有2套電池，不但提高了外部電源故障時的后備電池的供電時間，也減少了電池故障使負荷供電中斷的概率，解決了單臺UPS系統(tǒng)的缺點，避免了UPS故障問題造成裝置停車的問題。

8 雙交流進線單UPS供電

對于重要性較低的系統(tǒng)，本著既保證安全性，又降低采購費用的原則，經(jīng)過多次試驗，采用了雙交流進線單UPS供電，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 雙交流時線單UPS供電系統(tǒng)示意圖

在正常情況時，由交流電源1向UPS供電，當交流輸入1有故障時，自動切換到交流輸入2向UPS供電，交流電源1和2進行電路連鎖。當UPS正常工作狀態(tài)時，按“交流電源1—整流—逆變—負載”的運行方式工作；當整流器模塊有故障時，按“蓄電池—逆變—負載”的運行方式工作；當蓄電池放電完畢后，自動切換到由自動旁路開關(guān)向負載直接供交流電；當逆變器模塊有故障時，按“交流電源1—維修旁路開關(guān)—負載”的運行方式直接向負載供廠用電；當UPS有嚴重的故障需維修或更換時，按“交流電源1—維修旁路開關(guān)”的運行方式向負載供電，這時UPS被短接，可以交出檢修或更換，而不影響負載的正常供電。能夠降低采購費用，是較經(jīng)濟的方案。

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