付荷英，沈敬輝

(陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 渭南 714000)

陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司三期兩臺(tái)240t/h循環(huán)硫化床鍋爐裝置八臺(tái)風(fēng)機(jī)電氣控制系統(tǒng)均采用西門(mén)子完美無(wú)諧波系列變頻控制。每臺(tái)變頻器內(nèi)均配置一臺(tái)容量為700VA的UPS不間斷電源裝置，給變頻柜內(nèi)TBCP控制提供穩(wěn)定電源，由于變頻器自身配置的UPS沒(méi)有旁路，維護(hù)起來(lái)較困難，小容量的UPS使用壽命短，自裝置運(yùn)行至今由于UPS故障引起的跳車(chē)頻次較多，對(duì)工藝裝置造成極大的影響。為了解決此類(lèi)問(wèn)題我公司電氣部門(mén)對(duì)八臺(tái)高壓變頻器內(nèi)的UPS進(jìn)行技術(shù)改造，采用一臺(tái)容量為10kVA索克曼MASTERYS IP系列UPS進(jìn)行系統(tǒng)改造。

1 UPS電源在企業(yè)中的應(yīng)用及原理

不間斷電源是在電網(wǎng)異常(如停電、欠壓、干擾或浪涌)的情況下不間斷的為電氣負(fù)載提供后備交流電源，維持電氣設(shè)備正常運(yùn)作的設(shè)備，它作為計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中心等的重要外設(shè)，在保護(hù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)、保證電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定、改進(jìn)電網(wǎng)質(zhì)量、防止瞬時(shí)停電和事故停電對(duì)用戶造成的危害等方面是非常重要的。下面著重介紹下UPS在工廠中的應(yīng)用及原理。

1.1 UPS電源在企業(yè)中的應(yīng)用

UPS不間斷電源是企業(yè)重要的供電保障設(shè)備，隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，電氣儀表控制越來(lái)越精密化，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)通訊在工廠內(nèi)越來(lái)越普及，對(duì)高質(zhì)量的供電提出了越來(lái)越嚴(yán)格的要求。除了要求供電系統(tǒng)具有連續(xù)可靠性之外，還要求市電(50HZ或60HZ的工頻交流電)的輸出應(yīng)保持良好的輸出正弦波形且不帶干擾。就公司來(lái)說(shuō)，一二三期生產(chǎn)操作系統(tǒng)(DCS)、重要高低壓設(shè)備的控制系統(tǒng)、電氣運(yùn)行系統(tǒng)后臺(tái)監(jiān)測(cè)與操作等等，一旦突然失電或瞬間晃電欠壓(電壓突變)就會(huì)造成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)和圖表丟失或使正在運(yùn)行中的軟件遭到破壞，導(dǎo)致控制裝備損壞。因此，UPS電源得到了廣泛的應(yīng)用。

1.2 工業(yè)UPS電源基本工作原理

現(xiàn)在，工業(yè)UPS電源可以向用戶提供四種類(lèi)型的UPS電源品種：后備式UPS、在線互動(dòng)式UPS、三端式UPS、雙變換在線式UPS。工業(yè)UPS的典型原理結(jié)構(gòu)如圖1所示，工業(yè)UPS電源系統(tǒng)由五部分組成：主回路、旁路、電池等電源輸入電路；進(jìn)行AC/DC變換的整流器(REC)；進(jìn)行DC/AC變換的逆變器(INV)；逆變和旁路輸出切換電路(靜態(tài)開(kāi)關(guān))以及蓄能電池。

圖1 UPS基本原理圖

當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時(shí)(UPS輸入市電及輔助市電正常)，UPS處于正常工作狀態(tài)，整流器和逆變器均正常工作，靜態(tài)開(kāi)關(guān)將逆變器輸出與負(fù)載相連，電池與直流母線相連，在直流母線電壓作用下處于浮充電狀態(tài)。

當(dāng)電網(wǎng)電壓異常(UPS輸入市電及輔助市電均異常)或停電時(shí)，UPS整流器將自動(dòng)停止工作，逆變器由電池供電而繼續(xù)工作，時(shí)間的長(zhǎng)短取決于負(fù)載的大小及電池的容量。當(dāng)電池放電到終止電壓時(shí)，如市電仍未恢復(fù)正常，逆變器將停止工作，UPS的操作控制面板將顯示相應(yīng)告警信息。當(dāng)UPS 通過(guò)電池給負(fù)載提供后備電源時(shí)，如市電恢復(fù)，整流器將自動(dòng)啟動(dòng)(此時(shí)其輸出功率逐漸增加)，重新給逆變器供電，恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。在上述過(guò)程中，市電的中斷和恢復(fù)都不會(huì)中斷對(duì)負(fù)載的供電。

當(dāng)UPS內(nèi)部故障(如逆變器不工作)或市電因外部原因突然失電時(shí)，旁路輸出切換電路控制靜態(tài)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，靜態(tài)開(kāi)關(guān)將輔助市電旁路與負(fù)載相連，此過(guò)程不會(huì)中斷負(fù)載的供電。

當(dāng)UPS需要維護(hù)或改造時(shí)，可以通過(guò)合上維修旁路開(kāi)關(guān)Q3保持負(fù)載持續(xù)供電后停運(yùn)UPS，斷開(kāi)輸入開(kāi)關(guān)Q1、旁路開(kāi)關(guān)Q2和UPS輸出開(kāi)關(guān)Q4進(jìn)行作業(yè)。

2 中壓西門(mén)子變頻器單獨(dú)配置UPS(無(wú)旁路)出現(xiàn)的問(wèn)題

中壓西門(mén)子變頻器內(nèi)配置單獨(dú)的UPS裝置，自2010年投用以來(lái)，我公司三期4#5#鍋爐共八臺(tái)變頻器由于UPS故障原因引起跳車(chē)，總結(jié)如下：

(1) 2012年4月7日，5#鍋爐一次風(fēng)機(jī)變頻器UPS過(guò)載報(bào)警，導(dǎo)致控制電源失電，引起跳車(chē)。

(2)2012年4月9日，4#鍋爐二次風(fēng)機(jī)變頻器UPS電池報(bào)警，無(wú)法對(duì)其立即檢修處理，存在很大隱患。

(3)2016年3月28日，5#鍋爐二次風(fēng)機(jī)6千伏開(kāi)關(guān)柜綜合保護(hù)器上顯示非電量信號(hào)故障，保護(hù)動(dòng)作從而引起二次風(fēng)機(jī)跳車(chē)。保護(hù)器非電量信號(hào)故障是采集二次風(fēng)機(jī)變頻器的故障信號(hào)，對(duì)變頻器進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)部UPS電源故障不工作。

(4)2016年5月6日，5#鍋爐引風(fēng)機(jī)A變頻器內(nèi)UPS電池故障，導(dǎo)致變頻器故障跳車(chē)，導(dǎo)致工藝降負(fù)荷。

3 UPS改造前存在的弊端

三期鍋爐八臺(tái)風(fēng)機(jī)每臺(tái)變頻器均配置一臺(tái)容量為700VA的UPS裝置，主要給變頻器的控制系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定的不間斷的電源，但是多次由于UPS故障引起變頻器跳車(chē)，對(duì)三期裝置的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益造成極大的損失。目前運(yùn)行狀況存在以下弊端：

(1)變頻器配置的UPS容量小，后備電池時(shí)間不足；

(2)變頻器配置的UPS安裝位置在柜內(nèi)，不便于日常巡檢和檢修維護(hù)；

(3)變頻器配置的UPS為非工業(yè)型的UPS，沒(méi)有配置旁路電源，電源供電只有市電，沒(méi)有事故電源，運(yùn)行可靠性差。

4 UPS改造后具備的優(yōu)勢(shì)

鍋爐四臺(tái)風(fēng)機(jī)是整個(gè)鍋爐裝置的重要設(shè)備，影響面極大，為了降低故障率的次數(shù)，我們通過(guò)技術(shù)手段來(lái)進(jìn)行更優(yōu)化的改造。本次改造采用索克曼MASTERYS IP系列容量為10KVA的UPS，它具備以下優(yōu)勢(shì)：

(1)運(yùn)行性能可靠穩(wěn)定、帶有隔離變壓器、占地面積小，這款機(jī)型的金屬機(jī)箱以及高度的保護(hù)性可以保證其特性優(yōu)于以往在工業(yè)企業(yè)的惡劣環(huán)境中所使用的其他電源設(shè)備，配置額外的兩組后備電池，采用湯淺NP65-12型號(hào)蓄電池，此電池具有極低的浮充電流，密封反應(yīng)效率高，使用壽命長(zhǎng)。

(2)具有先進(jìn)的干接點(diǎn)接口(ADC)、LCD遙控通訊顯示器、外部手動(dòng)旁路、電源分享、并聯(lián)組件、隔離控制器等優(yōu)越性能，我們通過(guò)對(duì)UPS進(jìn)行一些人為模擬實(shí)驗(yàn)，比如切斷市電，UPS將自動(dòng)切入旁路，繼續(xù)對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電或者市電恢復(fù)后，整流器立即啟動(dòng)，UPS將自動(dòng)恢復(fù)正常模式，而且UPS旁路輸入端電源引自事故發(fā)電機(jī)所帶312配電室事故段，這樣有利于提高負(fù)載供電系統(tǒng)的可靠性。

(3)UPS輸出電源通過(guò)電源分配柜二次分配到每個(gè)變頻器的控制電源處(圖2所示)，電源分配柜總空開(kāi)采用ABB帶選擇性保護(hù)微型斷路器S752DR E63 ，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)成功避免了由于單臺(tái)設(shè)備引起短路或者接地越級(jí)跳閘問(wèn)題，提高了設(shè)備供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖2 電源分配柜圖

5 項(xiàng)目實(shí)施情況

從確認(rèn)要對(duì)原八臺(tái)變頻器控制電源進(jìn)行優(yōu)化技術(shù)改造后，通過(guò)前期大量調(diào)研，最終我們采用法國(guó)索克曼工業(yè)級(jí)的UPS和湯淺蓄電池作為后備電源，并將UPS輸出電源進(jìn)行二次分配，采用ABB帶選擇性保護(hù)微型斷路器S752DR E63(如圖2中所示)，此種配置具有不受電壓波動(dòng)或干擾影響，電磁兼容性極好等功能，單獨(dú)控制，操作簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化原設(shè)計(jì)原理圖(圖3和圖4所示)。原控制電源只有一個(gè)來(lái)自312配電室正常市電，沒(méi)有旁路電源，新UPS采用兩路電源供電，一路引自312配電室正常市電，一路引自312配電室事故段，兩路電源來(lái)回切換，提高了八臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻器控制電源的可靠性和穩(wěn)定性，大大降低了維護(hù)成本和能耗，提高了設(shè)備運(yùn)行的效率。

圖3 改造前的原理圖

圖4 改造后的原理圖

6 結(jié)束語(yǔ)

UPS是一種含有儲(chǔ)能裝置，以整流器、逆變器為主要組成部分的穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電源。三期鍋爐八臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻器內(nèi)UPS自2016年改造后運(yùn)行至今，變頻器運(yùn)行狀況良好，故障率為零，提高了鍋爐裝置的安全可靠性和穩(wěn)定性，從本質(zhì)上消除因控制電源失電造成三期工藝裝置停機(jī)的隱患，減少了經(jīng)濟(jì)損失。