李智勇，蘭志玉，董云江，甄 眾，馬來存

（新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司是一家集燒結(jié)、球團、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼、連鑄以及熱軋生產(chǎn)線的綜合性鋼鐵企業(yè)。鋼鐵生產(chǎn)是一種連續(xù)性生產(chǎn)過程，不論是從生產(chǎn)角度還是從安全角度考慮，其主體生產(chǎn)設(shè)備對公輔系統(tǒng)的依賴性都很高。近年來，鋼鐵企業(yè)的自動化、智能化程度越來越高，自動化系統(tǒng)對供電的穩(wěn)定性需求逐漸提高，不間斷電源（UPS）受到重視，并逐漸發(fā)展成為一種具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、濾波、抗電磁和射頻干擾以及防電壓沖浪等功能的電力保護系統(tǒng)[1-2]。尤其是在電網(wǎng)的線路及供電質(zhì)量不太高、抗干擾技術(shù)落后且自動化控制系統(tǒng)對電源的要求又比較高的情況下，UPS 的作用就顯得更加明顯。因此，亟需對不間斷電源（UPS）系統(tǒng)進行智能化升級改造。

本文以新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司燒結(jié)廠為例，對自動化系統(tǒng)UPS 供電系統(tǒng)進行集中供電改造和智能化升級，全廠UPS 數(shù)量從原來的45 套縮減至9 套，并且在重點系統(tǒng)上設(shè)置了熱備冗余，統(tǒng)一了不間斷電源（UPS）以及蓄電池的規(guī)格型號，大大降低了備件成本，減少了故障點，降低了故障率，進一步提高了燒結(jié)生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

1 公司UPS 系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

目前，公司的不間斷電源（UPS）均已經(jīng)使用多年，隨著電子元器件的老化，經(jīng)常會出現(xiàn)故障，導(dǎo)致停機，影響正常生產(chǎn)作業(yè)。由于未對UPS 配備的蓄電池進行日常維護保養(yǎng)和精確的測試檢驗，也未對電池的壽命和電量的剩余情況進行監(jiān)測。因此，一旦市電停供以后，電池容量沒有數(shù)據(jù)參考，UPS 的正常供電就存在安全風(fēng)險，不能確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

1）現(xiàn)場UPS 使用位置分散，大小功率不等，型號不統(tǒng)一，每個都單獨配置不同的蓄電池。維護點多，故障點多，電線電纜和電池的消耗量大，備件品種多，不具備通用性，庫存成本大。

2）現(xiàn)場UPS 大部分是單機運行，沒有冗余熱備，一旦UPS 出現(xiàn)故障，沒有熱備切換，存在安全隱患。一旦發(fā)生故障，整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)將突然停電，設(shè)備突然停機，且無法通過電腦查看設(shè)備的狀態(tài)，造成生產(chǎn)事故。一些重點介質(zhì)閥門無法及時關(guān)閉或打開，容易造成煤氣泄露等重大安全事故。

3）沒有對UPS 的蓄電池[3-4]進行現(xiàn)場檢測，電池維護保養(yǎng)沒有參考的技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)，不能及時發(fā)現(xiàn)電池的故障，整個蓄電池系統(tǒng)的故障無法第一時間預(yù)警。如果電池已經(jīng)老化，從外觀上也很難識別，對整個電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成很大的潛在安全隱患。

4）整個后備電源UPS 系統(tǒng)是工業(yè)自動化系統(tǒng)的電力能源提供者，如果自動化系統(tǒng)是人體大腦，后備電源系統(tǒng)就相當(dāng)于人體心臟，擔(dān)負(fù)著非常重要的責(zé)任。目前，系統(tǒng)缺乏智能化數(shù)字化管理，沒有一個完整的運維系統(tǒng)，沒有形成數(shù)據(jù)積累與環(huán)路，急需進行智能化、數(shù)字化改造，增強系統(tǒng)的抗風(fēng)險能力和穩(wěn)定性，確保企業(yè)正常生產(chǎn)。

2 不間斷電源（UPS）系統(tǒng)的智能化升級方案措施

鑒于上述問題，新天鋼聯(lián)合特鋼公司對現(xiàn)場進行實際評估、可行性調(diào)研后，提出并實施了不間斷電源（UPS）系統(tǒng)的智能化應(yīng)用實踐[5-6]，將分散的UPS 進行集中設(shè)計管理，集中供電。為了提高穩(wěn)定性、可靠性，采用雙機熱備冗余。設(shè)計功率為20 kVA，三進/單出，交流380 V/220 V,帶隔離變壓器，電路板做三防處理，配套電池柜系統(tǒng)內(nèi)含輸入總開關(guān)、輸出總開關(guān)、旁路開關(guān)和電池開關(guān)。UPS 實時檢測系統(tǒng)的7 寸觸摸屏可顯示UPS 系統(tǒng)的電壓、電流、報警及UPS 主機監(jiān)控信息，如圖1 所示。設(shè)計電池組一體電壓、溫度檢測裝置，能夠測量單節(jié)電池內(nèi)阻、溫度，并顯示測量數(shù)據(jù)，如圖2 所示。預(yù)留無線遠(yuǎn)程監(jiān)控接口網(wǎng)關(guān),具有云數(shù)據(jù)中心遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢功能。同時，將UPS 主機的參數(shù)進行數(shù)據(jù)監(jiān)控上傳。對電池系統(tǒng)進行監(jiān)控，對單電池的溫度、電壓、內(nèi)阻和電池容量進行數(shù)據(jù)測量監(jiān)控，并且在人機界面顯示、報警。

圖1 UPS 實時數(shù)據(jù)及狀態(tài)

圖2 電池組數(shù)據(jù)

實施UPS 集中供電、熱備冗余和蓄電池監(jiān)控后，可采集到系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，對整個廠的UPS 系統(tǒng)進行智能化、數(shù)字化升級，將數(shù)據(jù)上傳到云數(shù)據(jù)服務(wù)中心，進行集中的智能監(jiān)控、預(yù)警，整個工業(yè)UPS 系統(tǒng)形成了一個完整的運行維護系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢，支持智能手機公眾號數(shù)據(jù)查詢，這樣，維護工程師24 h 都可以查詢到設(shè)備的運行狀態(tài)，大大降低了系統(tǒng)風(fēng)險，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 UPS 智能數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的功能

UPS 智能數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)由云數(shù)據(jù)中心、計算機、智能手機和現(xiàn)場監(jiān)測單元組成，如圖3 所示?，F(xiàn)場監(jiān)測單元負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳送到云數(shù)據(jù)中心，通過對云數(shù)據(jù)進行讀取和分析，形成數(shù)據(jù)報表和歷史曲線，并推送到HMI 端顯示數(shù)據(jù)及報警信息，HMI 包括智能手機、計算機等。

圖3 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖

1）系統(tǒng)在線監(jiān)測UPS 主機的全部運行狀態(tài)參數(shù)，通過智能手機公眾號隨時查詢數(shù)據(jù)。根據(jù)在線監(jiān)測的UPS 主機運行狀態(tài)參數(shù)，可以提供預(yù)警信息，避免發(fā)生生產(chǎn)安全事故。

2）通過集中監(jiān)控，可以及時掌握蓄電池情況。系統(tǒng)能夠?qū)PS 蓄電池的內(nèi)阻、電壓、電流和溫度等參數(shù)進行檢測，并形象化顯示，超過設(shè)置閾值后能夠自動報警。

3）可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接、自動化管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和異常自動報警，確保UPS 設(shè)備的可靠穩(wěn)定運行。

4）可以積累UPS 電源電池的運行時間和運行狀態(tài)，自動統(tǒng)計歷史數(shù)據(jù)并生成相關(guān)報表。根據(jù)數(shù)據(jù)分析可以判斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)是否穩(wěn)定、健康，進行歷史數(shù)據(jù)查詢，形成歷史曲線。

5）支持云數(shù)據(jù)、智能手機微信公眾號數(shù)據(jù)查詢，降低了維修點檢人員的工作強度。

6）可通過Web 頁面全方位查詢整個電源系統(tǒng)和蓄電池的運行情況、主要參數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及警報事件等。

4 現(xiàn)場使用效果

新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司燒結(jié)廠對自動化控制系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)進行不間斷電源（UPS）集中供電管理改造，節(jié)約了5 000 m 電線、電纜，各個分散點共節(jié)約了486 塊電池、220 個電氣開關(guān)和34 個配電箱、電池柜。

采用雙機熱備后，不在現(xiàn)場分散設(shè)置主機，節(jié)約了設(shè)備采購成本，在減少故障點、降低故障率的同時，也大大減少了人力維護成本。

蓄電池和UPS 是一個整體系統(tǒng)，對蓄電池數(shù)據(jù)進行集中監(jiān)控管理，隨時掌握關(guān)鍵參數(shù)，實時查看蓄電池剩余容量，并根據(jù)檢測數(shù)據(jù)對電池進行保養(yǎng)維護，提高了電池的使用壽命，節(jié)約了電池的采購成本。

通過對整體不間斷電源（UPS）系統(tǒng)進行智能化、數(shù)字化升級，形成了一個完整的監(jiān)控系統(tǒng)，有利于集中管理、集中調(diào)度，方便技術(shù)人員進行維修維護，可大大提高工作效率，提升整個電力能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗風(fēng)險能力，確保電力穩(wěn)定供應(yīng)。