基于儀控系統(tǒng)UPS電源的雙冗余改造

任士榮

（山東鋼鐵萊蕪分公司能源動力廠，山東萊蕪 271104）

1 課題背景

熱電老區(qū)銀前區(qū)鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)崗位的電力UPS電源裝置運(yùn)行年限較久，劣化趨勢明顯，均為單UPS電源供電。逆變器或者靜態(tài)切換開關(guān)等器件一旦損壞，電源輸出將中斷，造成崗位微機(jī)監(jiān)控后臺黑屏，電機(jī)PLC系統(tǒng)、中壓氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥和快切閥失電，引發(fā)鍋爐火焰監(jiān)視器、四角支管焦?fàn)t煤氣速斷閥、脫硫設(shè)備及區(qū)域內(nèi)煙氣在線監(jiān)測設(shè)備不能正常運(yùn)行，嚴(yán)重時影響高爐供風(fēng)。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 運(yùn)行模式

正常情況下整流器將市電通過隔離變壓器、整流器轉(zhuǎn)換為純凈的直流電，再由逆變器轉(zhuǎn)換成交流電源輸出，供負(fù)載使用，同時通過充電電路給蓄電池浮動充電。當(dāng)交流電源異常或整流器發(fā)生故障停止運(yùn)行時，將轉(zhuǎn)由直流電源至逆變器以替代中斷的整流器輸出電源；當(dāng)逆變器處于不正常狀況，此時靜態(tài)開關(guān)由交流電源經(jīng)旁路輸出給負(fù)載使用；UPS設(shè)備需進(jìn)行維護(hù)、維修時，可將UPS切換至“維修旁路模式”下運(yùn)行，UPS電源系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2.2 存在問題

（1）發(fā)配電系統(tǒng)由于有發(fā)電機(jī)，當(dāng)區(qū)域外網(wǎng)異常失電時，發(fā)電機(jī)進(jìn)入孤立網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)電壓瞬間會出現(xiàn)大幅降低并未完全失電狀態(tài)。而逆變電源裝置因沒有檢測到交流輸入失電，無法切換到直流輸入供電，導(dǎo)致儀控系統(tǒng)失電。

（2）UPS裝置靜態(tài)切換開關(guān)及逆變模塊故障率高，維修旁路斷路器無法自動投入，導(dǎo)致儀控系統(tǒng)失電，嚴(yán)重時發(fā)生停機(jī)、停爐事故。

（3）逆變電源裝置安裝地點(diǎn)分散，分布在不同的鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)值班室，不利于電氣運(yùn)行人員對UPS裝置進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和故障恢復(fù)處理。

3 主要措施

3.1 改造范圍

對老區(qū)和銀前區(qū)7臺風(fēng)機(jī)，2臺發(fā)電機(jī)、5臺鍋爐、1臺除氧器，共計(jì)15套UPS電源進(jìn)行雙冗余改造。

3.2 轄區(qū)UPS逆變電源裝置升級改造思路

圖1 UPS電源系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 改造后的UPS電源并聯(lián)雙冗余系統(tǒng)模式

由原來單臺UPS電源裝置改造升級為2臺UPS并機(jī)冗余方式的電源裝置，由原來一路交直流電源輸入改為2路交直流電源輸入；采用先進(jìn)并機(jī)方式，總輸出由2路交流輸出斷路器出線端并聯(lián)輸出供電，改造后的UPS電源并聯(lián)雙冗余模式如圖2所示。

2臺UPS的交流輸入來自2段不同母線的交流電源輸入，不因一路電源掉電而全部失去交流電源；直流輸入也來自2段不同母線的直流電源輸入。若直流電源電能耗盡，將由靜態(tài)切換開關(guān)切換至旁路供電。

2臺UPS電源裝置運(yùn)行時，每臺單機(jī)各平均承受50%的負(fù)載。在任何一臺UPS故障情況下，系統(tǒng)中處于正常工作的UPS將繼續(xù)穩(wěn)定地向負(fù)載提供無間斷電源。并且輸入電源系統(tǒng)在頻率及電壓等波動時，具有較好的恒頻恒壓功能，抗干擾能力強(qiáng)。

3.3 將現(xiàn)場UPS報警信號引入主控室

從UPS電源端口接出直流異常、交流異常、電源故障、逆變異常和電源過載等5組信號，信號異常時自動吸合，UPS端口如圖3所示。

圖3 UPS電源端口

通過中間繼電器捕捉故障信號，經(jīng)PLC處理后增加了自保持功能，同時在電氣主控室安裝聲音報警器。一旦捕捉到故障信號即保持故障信號輸出，在主控室進(jìn)行聲光報警并顯示故障類型。實(shí)施改造后進(jìn)行切換時試驗(yàn)，斷開電源值班室蜂鳴器報警。改造后報警實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控UPS運(yùn)行狀況，避免了點(diǎn)檢時間存在間隔造成設(shè)備故障。

4 改造效果

UPS電源裝置雙冗余升級改造后，突發(fā)停電時，UPS電源裝置能夠可靠切換，解決了UPS切換不穩(wěn)定的問題，保證了關(guān)鍵熱動系統(tǒng)儀控用戶電源的安全、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行，有效避免因儀控電源中斷引起的故障停機(jī)、停爐和高爐減風(fēng)事故。