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摘要：本文介绍了某钢厂自备电厂3号机组UPS裝置系统的运行现状和存在问题，阐述了UPS装置系统改造的必要性，通过分析新UPS装置的系统结构、工作原理及参数优化，提高了UPS装置系统的稳定性。
关键词：UPS不间断电源；开关；直流供电；报警系统
引言
不间断电源（UPS）是重要设备的保安电源，目前应用广泛，当电源输入正常时，控制电源经过UPS装置能够得到稳频稳压的电力供应，此时UPS相当于一台交流式电稳压器，保证了PLC、计算机等控制系统稳定的工作，同时它还可以对自带蓄电池组进行充电。一旦输入电源有波动或发生掉电，UPS会立即切换到直流供电模式，将直流电源（即蓄电池、直流屏等设备）接入，通过逆变器转换后向负载供电，保证了PLC、计算机等控制系统不间断供电，并保护软、硬件不受损坏。UPS设备可以提供电压过高保护和电压过低保护。对于工业企业的自备电厂而言，UPS是独立的供电单元，不受发电机、变电站和系统运行方式的限制，是重要控制设备的稳压和备用电源装置。[1]
1电厂3号机组UPS装置系统的运行现状及存在问题
某钢厂自备电厂3号发电机组配置了两套（3A/3B）UPS装置，型号均为固态（SCI）SR3050NC SV12000，容量为50KVA，运行方式为单机系统运行，于1999年3月投入运行，使用至今已有15年。目前（3A/3B）UPS装置因电子元器件的老化等因素，设备的运行状态日趋不稳定，近年来已发生多次故障，2013年1月2日，3A-UPS装置整流器的直流过压报警，检查发现整流器单元的1个120V AC继电器的一副触点出现接触不良现象，导致反馈电压低而出现过压报警；2014年6月13日，3B-UPS装置旁路变压器因绝缘老化造成出现过热冒烟现象，对其进行故障处理的同时发现3A-UPS装置旁路变压器同样也存在着绝缘老化的迹象。这些故障给3号发电机组的安全、稳定运行都带来了隐患。
该UPS的负载为DCS控制系统、发变保护回路等设备，其运行状态直接关系到电厂3号发电机组的正常运转。UPS设备作为重要的保安电源，失电后果影响很大。制造商推荐UPS使用寿命一般为12-15年左右，基于以上问题，为确保生产无忧运行，为保障重要设备的供电安全，在原基础上对（3A/3B）UPS装置系统进行更新改造就有其必要性。
2（3A/3B）UPS装置系统改进
2.1系统工作原理
UPS装置的成套设备由主机柜和旁路柜组成，主机柜包括整流器、逆变器、静态切换开关、内置手动旁路开关、逆止二极管等。旁路柜包括旁路变压器、输入输出开关、配电盘开关、外置手动旁路开关等。UPS装置一般有四种状态：[2]
（1）正常工作状态：
逆变器（I）由整流器（R）供电，负载通过静态开关（SSI）直接由逆变器（I）输出供电（如图1所示）。
（2）逆变器故障导致的旁路带载：
负载转为旁路静态开关（SB）带载，转换过程供电无中断（如图2所示）。
（3）整流器故障或市电故障状态：
逆变器（I）由直流电源供电并持续到预定的后备时间，负载经静态开关（SSI）由逆变器（I）输出供电（如图3所示）。
（4）维修旁路状态：
市电经维修旁路直接向负载电供电（如图4所示）。
2.2设计方案
电厂（3A/3B）UPS装置系统更新，采用目前市场上电厂专用且成熟品牌的产品替代，电厂专用UPS是工业级的产品，其可靠性远高于目前普遍使用的商用机，从在电厂几台机组使用的E2001.2（1）应用实际看，该机不仅技术参数满足使用要求，主要的是在主回路结构上仍采用输入输出变压器，功率回路功率裕度较大，控制回路冗余结构，这些技术对提高设备的可靠性起着关键的作用。因此，这次电厂（3A/3B）UPS装置改造我们仍采用电厂专用型UPS设备。
该系统直流部分采用直流屏供电，UPS可以不用蓄电池作为后备电源，而直接采取直流屏的电源取代上图中的蓄电池供电。另外由于逆变输出对于旁路输入连续跟踪，所以当逆变部分失去输出或有非常大的冲击负荷而过负荷或者负荷侧短路，通过静态切换开关自动切换到旁路电源供电，一旦故障消失再通过静态切换开关自动切换到逆变供电，以上切换在同步状态下切换时间为0，在其它状态下切换时间≤4ms。
根据厂内UPS运行经验，为了方便UPS维护，尤其是在发生故障时能够将UPS装置快速退出，特增加外置手动旁路开关P3（如图5所示），实现最快速度恢复供电和UPS检修中的安全及零风险。
考虑到原UPS输出配电柜无总开关，结合增设外置维修回路功能，本次改造中3A、3B各增加1个输出总开关。
电厂（3A/3B）UPS装置的容量为50KVA，共二台，根据现场情况需求分析，目前实际负荷没有变化，因此容量配置不变化，仍选用二台50KVA容量的UPS，分别为3A-UPS和3B-UPS两套系统，正常情况下二供电系统各自供电。增设切换开关P5（如图5所示），紧急情况下，二台UPS装置可以实现互为备用。综合考虑目前的配置可以满足现场的需求。
由于原UPS系统不具备报警功能，本次改造增加声光报警箱，放置于电厂3号机中控室，两套UPS装置共用一套报警系统。主机配备以太网通讯卡和干接点输出卡，便于集中运维监控。
2.3项目改造内容
本项目改造内容如下：
1）在拆除原UPS设备的位置上更新安装2台UPS，基本保留原主回路电缆，只对部分电缆因长度问题重新调整或更换。
2）新增旁路柜2个，旁路隔离变压器2台，同时考虑因UPS维护方便和故障时能够快速退出，增加外置手动旁路开关。
3）主机配备网络接口便于集中运维监控，新增加操作室远程监控报警装置，并根据要求在旁路柜增加故障信号输出端子。 4）拆除原设备（3A/3B）UPS二套，電气柜共10个。
3改进后UPS装置系统特点及优势：
按照重要设备、区域UPS选型的要求，本项目改造设备基本采用单机互备方式，容量配置按照现场工艺需求和实际负荷考虑。同时为解决UPS功能试验问题及故障后无法离线，延误修复进度的问题，增加外置手动旁路开关。对于无人操作或值班的UPS设备增加远程监控声光报警装置，确保UPS发生报警后能够及时发现并采取措施。
3.1改造采用的UPS装置技术特点：
1）高效率—可获得最大可用的输出功率>94%。
2）极低的输入谐波失真（THD）—将输入电流失真保持在典型值5%，最小值3%。
3）极高的输入输出功率因数—应用IGBT电路产生的电压和电流之间的相位移管理（0.99输入/0.9输出）。
4）双变换拓扑—负载与输入电源完全隔离。
5）采用单机互备结构，不采用传统UPS并联所需要的通讯线，消除了单点故障，提高了系统的可靠性。两台UPS均独立工作，无主从关系。UPS的单机运行，负载的均分不平衡度<2%。[3]
3.2整体更新UPS装置系统的优势：
1）消除由于原UPS设备老化所带来的隐患，UPS系统改进后更方便检修维护，有效确保L2、L1计算机等电气设备的可靠运行，减少故障率，降低维修成本。
2）改进后的UPS系统功能更齐全、操作更方便、输出精度更精确。
3）改进后的UPS系统更加环保节能。
4）改进后的UPS具备网络接口，便于集中运维的监控。
5）双机并联系统的无故障时间比单机系统可提高10倍左右，可靠性大大提高。
6）改进后的系统运行率Y≥99.95%。同一台设备的故障次数≤1次，系统各设备的故障次数总和≤2次。[4]
结束语
本次改造采用目前市场上电厂专用且成熟品牌替代，彻底解决了UPS设备老化带来的设备不稳定问题，投运以来效果良好，满足自备电厂的生产需求，低故障率，由于增设外接手动旁路控制，进而方便检修维护，大大提高了生产效率，进一步提升了UPS装置供电回路的可靠性。
参考文献
[1]邝国源.浅谈如何提高有线电视机房供电安全及UPS电源在有线电视机房中的应用与维护[C].中国电子学会，2011.
[2]郑长立.基于Siemens S7系列PLC控制的6kV备用电源自动投入装置改造[C].中国建筑学会，2007.
[3]熊炜.浅谈UPS电源的冗余结构与日常维护[J].工业技术，2010.
[4]王鹏飞，张延智，李其轩，等.小浪底电厂计算机监控系统UPS电源改造及应用[J].水电能源科学，2011，29（10）.
（作者单位：上海宝钢工业技术服务有限公司）
关键词：UPS不间断电源；开关；直流供电；报警系统
引言
不间断电源（UPS）是重要设备的保安电源，目前应用广泛，当电源输入正常时，控制电源经过UPS装置能够得到稳频稳压的电力供应，此时UPS相当于一台交流式电稳压器，保证了PLC、计算机等控制系统稳定的工作，同时它还可以对自带蓄电池组进行充电。一旦输入电源有波动或发生掉电，UPS会立即切换到直流供电模式，将直流电源（即蓄电池、直流屏等设备）接入，通过逆变器转换后向负载供电，保证了PLC、计算机等控制系统不间断供电，并保护软、硬件不受损坏。UPS设备可以提供电压过高保护和电压过低保护。对于工业企业的自备电厂而言，UPS是独立的供电单元，不受发电机、变电站和系统运行方式的限制，是重要控制设备的稳压和备用电源装置。[1]
1电厂3号机组UPS装置系统的运行现状及存在问题
某钢厂自备电厂3号发电机组配置了两套（3A/3B）UPS装置，型号均为固态（SCI）SR3050NC SV12000，容量为50KVA，运行方式为单机系统运行，于1999年3月投入运行，使用至今已有15年。目前（3A/3B）UPS装置因电子元器件的老化等因素，设备的运行状态日趋不稳定，近年来已发生多次故障，2013年1月2日，3A-UPS装置整流器的直流过压报警，检查发现整流器单元的1个120V AC继电器的一副触点出现接触不良现象，导致反馈电压低而出现过压报警；2014年6月13日，3B-UPS装置旁路变压器因绝缘老化造成出现过热冒烟现象，对其进行故障处理的同时发现3A-UPS装置旁路变压器同样也存在着绝缘老化的迹象。这些故障给3号发电机组的安全、稳定运行都带来了隐患。
该UPS的负载为DCS控制系统、发变保护回路等设备，其运行状态直接关系到电厂3号发电机组的正常运转。UPS设备作为重要的保安电源，失电后果影响很大。制造商推荐UPS使用寿命一般为12-15年左右，基于以上问题，为确保生产无忧运行，为保障重要设备的供电安全，在原基础上对（3A/3B）UPS装置系统进行更新改造就有其必要性。
2（3A/3B）UPS装置系统改进
2.1系统工作原理
UPS装置的成套设备由主机柜和旁路柜组成，主机柜包括整流器、逆变器、静态切换开关、内置手动旁路开关、逆止二极管等。旁路柜包括旁路变压器、输入输出开关、配电盘开关、外置手动旁路开关等。UPS装置一般有四种状态：[2]
（1）正常工作状态：
逆变器（I）由整流器（R）供电，负载通过静态开关（SSI）直接由逆变器（I）输出供电（如图1所示）。
（2）逆变器故障导致的旁路带载：
负载转为旁路静态开关（SB）带载，转换过程供电无中断（如图2所示）。
（3）整流器故障或市电故障状态：
逆变器（I）由直流电源供电并持续到预定的后备时间，负载经静态开关（SSI）由逆变器（I）输出供电（如图3所示）。
（4）维修旁路状态：
市电经维修旁路直接向负载电供电（如图4所示）。
2.2设计方案
电厂（3A/3B）UPS装置系统更新，采用目前市场上电厂专用且成熟品牌的产品替代，电厂专用UPS是工业级的产品，其可靠性远高于目前普遍使用的商用机，从在电厂几台机组使用的E2001.2（1）应用实际看，该机不仅技术参数满足使用要求，主要的是在主回路结构上仍采用输入输出变压器，功率回路功率裕度较大，控制回路冗余结构，这些技术对提高设备的可靠性起着关键的作用。因此，这次电厂（3A/3B）UPS装置改造我们仍采用电厂专用型UPS设备。
该系统直流部分采用直流屏供电，UPS可以不用蓄电池作为后备电源，而直接采取直流屏的电源取代上图中的蓄电池供电。另外由于逆变输出对于旁路输入连续跟踪，所以当逆变部分失去输出或有非常大的冲击负荷而过负荷或者负荷侧短路，通过静态切换开关自动切换到旁路电源供电，一旦故障消失再通过静态切换开关自动切换到逆变供电，以上切换在同步状态下切换时间为0，在其它状态下切换时间≤4ms。
根据厂内UPS运行经验，为了方便UPS维护，尤其是在发生故障时能够将UPS装置快速退出，特增加外置手动旁路开关P3（如图5所示），实现最快速度恢复供电和UPS检修中的安全及零风险。
考虑到原UPS输出配电柜无总开关，结合增设外置维修回路功能，本次改造中3A、3B各增加1个输出总开关。
电厂（3A/3B）UPS装置的容量为50KVA，共二台，根据现场情况需求分析，目前实际负荷没有变化，因此容量配置不变化，仍选用二台50KVA容量的UPS，分别为3A-UPS和3B-UPS两套系统，正常情况下二供电系统各自供电。增设切换开关P5（如图5所示），紧急情况下，二台UPS装置可以实现互为备用。综合考虑目前的配置可以满足现场的需求。
由于原UPS系统不具备报警功能，本次改造增加声光报警箱，放置于电厂3号机中控室，两套UPS装置共用一套报警系统。主机配备以太网通讯卡和干接点输出卡，便于集中运维监控。
2.3项目改造内容
本项目改造内容如下：
1）在拆除原UPS设备的位置上更新安装2台UPS，基本保留原主回路电缆，只对部分电缆因长度问题重新调整或更换。
2）新增旁路柜2个，旁路隔离变压器2台，同时考虑因UPS维护方便和故障时能够快速退出，增加外置手动旁路开关。
3）主机配备网络接口便于集中运维监控，新增加操作室远程监控报警装置，并根据要求在旁路柜增加故障信号输出端子。 4）拆除原设备（3A/3B）UPS二套，電气柜共10个。
3改进后UPS装置系统特点及优势：
按照重要设备、区域UPS选型的要求，本项目改造设备基本采用单机互备方式，容量配置按照现场工艺需求和实际负荷考虑。同时为解决UPS功能试验问题及故障后无法离线，延误修复进度的问题，增加外置手动旁路开关。对于无人操作或值班的UPS设备增加远程监控声光报警装置，确保UPS发生报警后能够及时发现并采取措施。
3.1改造采用的UPS装置技术特点：
1）高效率—可获得最大可用的输出功率>94%。
2）极低的输入谐波失真（THD）—将输入电流失真保持在典型值5%，最小值3%。
3）极高的输入输出功率因数—应用IGBT电路产生的电压和电流之间的相位移管理（0.99输入/0.9输出）。
4）双变换拓扑—负载与输入电源完全隔离。
5）采用单机互备结构，不采用传统UPS并联所需要的通讯线，消除了单点故障，提高了系统的可靠性。两台UPS均独立工作，无主从关系。UPS的单机运行，负载的均分不平衡度<2%。[3]
3.2整体更新UPS装置系统的优势：
1）消除由于原UPS设备老化所带来的隐患，UPS系统改进后更方便检修维护，有效确保L2、L1计算机等电气设备的可靠运行，减少故障率，降低维修成本。
2）改进后的UPS系统功能更齐全、操作更方便、输出精度更精确。
3）改进后的UPS系统更加环保节能。
4）改进后的UPS具备网络接口，便于集中运维的监控。
5）双机并联系统的无故障时间比单机系统可提高10倍左右，可靠性大大提高。
6）改进后的系统运行率Y≥99.95%。同一台设备的故障次数≤1次，系统各设备的故障次数总和≤2次。[4]
结束语
本次改造采用目前市场上电厂专用且成熟品牌替代，彻底解决了UPS设备老化带来的设备不稳定问题，投运以来效果良好，满足自备电厂的生产需求，低故障率，由于增设外接手动旁路控制，进而方便检修维护，大大提高了生产效率，进一步提升了UPS装置供电回路的可靠性。
参考文献
[1]邝国源.浅谈如何提高有线电视机房供电安全及UPS电源在有线电视机房中的应用与维护[C].中国电子学会，2011.
[2]郑长立.基于Siemens S7系列PLC控制的6kV备用电源自动投入装置改造[C].中国建筑学会，2007.
[3]熊炜.浅谈UPS电源的冗余结构与日常维护[J].工业技术，2010.
[4]王鹏飞，张延智，李其轩，等.小浪底电厂计算机监控系统UPS电源改造及应用[J].水电能源科学，2011，29（10）.
（作者单位：上海宝钢工业技术服务有限公司）