不间断电源在化工装置中的应用

张养红

（济宁中银电化有限公司，山东济宁272021）

不间断电源在化工装置中的应用

张养红

（济宁中银电化有限公司，山东济宁272021）

通过多年应用实践，介绍了不间断电源装置（UPS）系统运行中的常见故障及解决方案，以此提高应用水平，减少事故。

UPS；故障；解决方案；冗余并机

1 应用不间断电源装置的意义

随着化工生产过程中自控技术的发展和DCS系统的推广，对自控单元的供电要求也越来越高。济宁中银电化有限公司在氯碱生产中采用了多套DCS控制系统，均采用不间断电源装置（UPS）供电。

UPS的基本功能是稳压，滤波，不间断。在市电供电时，起到稳压器和滤波器的作用，以消除或削弱市电的干扰，保证设备正常工作；在市电中断时，它又可以把电池组、柴油发电机等提供的直流电转化为交流电供负载使用，其中，由市电供电转电池供电一般为零时间切换，这样就使负载设备不间断地运行。由于DCS是24 h连续工作，且工厂配电系统较易遭受雷击、绝缘破坏、操作事故、大容量负荷合闸冲击的影响，也会发生电网电源的波动、脉冲干扰和瞬时中断等现象，要保证DCS的可靠运行，对UPS电源也有很高的要求。

2 UPS在应用中出现的故障

该公司从2001年随着离子膜生产装置使用DCS系统，配套引进了1台山特公司的UPS开始，到目前为止，共使用过十多台不同品牌和型号的UPS，主要给装置仪表、DCS等重要工业负荷供电。在使用过程中也曾发生多次故障。

（1）因高压电源故障而造成生产供电瞬间中断，应由UPS自动转备用电池逆变向DCS控制系统正常供电，但因后备电池组中个别电池内阻增大，UPS逆变转换失败，使1台主机主板被烧。

（2）因UPS放置位置不当，环境未达到要求，UPS整流器故障，且未切换电池供电状态，致使DCS控制系统失电若干分钟。

（3）因UPS输入空气开关接触不良，UPS自动转入电池逆变供电，而电池使用年限长，有老化现象，供电时间短，事故未处理完便电力耗尽。

（4）电池组开关被误碰，电池开关置于“OFF”状态，UPS未发出警报并自动关机，致使系统失电。

3 故障原因分析

从上述故障可以看出，电池故障是UPS故障的主要原因，其他几项都可以依靠UPS完善的报警系统和日常巡检来及时发现和处理。因此，电池是UPS维护的重点内容。

中小容量的UPS系统采用的电池大部分单体为12 V铅酸免维护电池，1套UPS系统按照机型由若干块单体电池串联组成，每一块电池的性能都将影响整组电池发挥作用。因此，对整个电池组来说，随着运行时间的增加，容量最小的电池将决定着整组电池的容量。

正常运行时，对铅酸免维护电池应该做到以下几点：在同一个UPS中，必须使用同品牌、同型号、同规格的电池；不要将蓄电池放在火源及发热处使用；尽可能使电池处于环境温度为20~25℃；定期（3~6个月）对电池进行活化治疗性放电，即用10 h放电率恒流放电至10.8 V，然后充足电再用；每次停电，用万用表测量一组电池的电压，如下降很快，需做好关机的准备，以免电池深度放电，若主机发出报警，应立即关机；电池的充电设定电压应在UPS的指定范围内，超出范围，容易造成电池破损、容量降低及寿命缩短；UPS与电池之间必须接1个空气直流开关，开关的电压、电流规格不得小于对应型号UPS的电池电压和电流规格。

因此，在电池使用方面，应避免“免维护”就是“不用维护”的误区，运行期间也需要定期对电池放电维护。

4 UPS的日常维护

4.1 UPS的使用环境要求

（1）UPS机房的温度应保持为20~25℃，并保持通风，不能将UPS及电池放入密封构造物体内，以免机器损坏、人身受伤害。

（2）UPS表面应保持清洁、干燥状态。

4.2 UPS的正确使用要求

（1）必须严格按照正确的开、关机顺序进行操作，避免突然加载或减载时UPS的输出电压波动太大。

（2）严禁频繁开关UPS。一般要求在关闭UPS后，至少等候6 s再开启，否则可能进入“启动失败”状态，即UPS进入无市电输入又无逆变输出状态。

（3）禁止超载使用UPS，最大负载最好控制在80%以内。

（4）UPS开关机属于防勿动操作，开关机应按住1 s以上。

（5）注意保证UPS的有效屏蔽和接地保护。

5 一般故障处理

当UPS电源在运行过程中出现报警时，切勿慌乱操作任何开关和按钮，以免将事故扩大甚至造成UPS输出中断。UPS具有自诊断功能，一旦出现故障，会通过状态指示灯、液晶显示屏提供故障类型、故障时间等信息。待看清状态指示灯及液晶显示屏提供故障类型提示后，再根据不同的故障类型进行进行相应的处理。在UPS运行过程中，经常出现的故障及处理措施如下。

（1）交流电供电故障。也就是交流输入停电或出现大范围的波动，UPS出现该告警时，同时出现电池放电告警信息，此时，UPS面板状态指示灯的交流输入灯熄灭，电池放电灯亮。处理办法是，首先要确定是否为交流电供电故障，检查UPS输入开关是否跳闸、保险是否熔断。如确为供电故障，在不知道恢复供电时间的情况下，把不重要的负载切除，以保证重要负载的不间断供电。

（2）逆变器故障。出现该报警的同时，出现自动旁路开关带载告警。首先确认在面板上是否同时出现逆变器超载报警，如有，则查看液晶显示屏上的输出电流，如超过额定电流，则关闭不重要的负荷，直到输出电流小于额定输出电流，然后按复位键消除报警后，重新启动逆变器并输出，如没有超载报警信号，说明逆变器不是因为冲击电流而保护关闭，而是IGBT器件或驱动控制有故障，应及时通知厂家进行维修。

（3）旁路失效。出现该报警信号时，一般应同时出现逆变器不同步报警信号。这表明输入的交流电的电压、频率超出设定范围，但满足整流器要求，逆变器自起振，不再跟踪旁路。此时不能再起动大容量负荷，以免冲击逆变器。

6 单机UPS系统存在问题

在UPS放电维护期间，由于负荷是通过手动旁路电源供电，因此存在以下问题。

（1）负荷电压与旁路电源电压相同，不能保证指标合格。

（2）负荷不受保护。万一旁路电源波动或停电，负荷将受到重大影响。

（3）虽然定期对电池进行充放电，但当电池进入使用寿命末期时，仍不能保证电池在关键时刻发挥作用。

7 冗余并机技术的应用

目前，随着UPS技术对过程控制的要求，并机技术得到了应用，有的机型不但可以实现2台直接并机，甚至4台或7台UPS的增容并机。

UPS冗余并机的优点如下：（1）系统的过载能力大大增强，2台UPS的冗余并机是单台UPS过载能力的2倍。（2）若增加负荷时，只需增加1台或几台同容量的UPS并联即可，实现模块化增容并联，不需重新更换大容量的UPS。（3）冗余并机UPS操作简单、维护方便。

选用冗余并机UPS应该注意以下几个问题：（1）要选用的并机UPS必须具备并机能力，且UPS为同一品牌、同一容量。要求并联2台UPS的输出电压相同、频率相同、相位相同并所带的负荷电流大小基本平衡。（2）2台UPS同时带负荷，平均分担相等负荷，要求负荷功率小于或等于单台UPS的额定功率，当一台UPS故障，另一台UPS能继续供全部负荷，这种方式也叫1/2冗余度并机。

该公司氯气处理工序原使用1台山特UPS（3 kVA），后因增加事故氯气处理装置，出于对电源安全方面的考虑，更换UPS进行冗余并机。由于3 kVA的UPS不具备并机能力，重新购进2台6 kVA的具备并机能力的UPS，其系统结构图如图1所示。

图1 并机双UPS系统示意图

通过将2台具有相同功率的UPS的输出直接并联起来，这种并机双UPS系统的平均无故障时间是单机系统的七八倍，2台UPS平均分配负载，当其中任意一台故障时，另外一台UPS可独立承担整个负载的运行，从而大大提高了系统的可靠性。实现冗余并机后，在对每台UPS的蓄电池维护时，只需将本台机器手动切换到维修旁路，就可以对退出运行的UPS进行维护。由于2台UPS有2套电池，不但提高了外部电源故障时的后备电池的供电时间，也减少了电池故障使负荷供电中断的概率，解决了单台UPS系统的缺点，避免了UPS故障问题造成装置停车的问题。

8 双交流进线单UPS供电

对于重要性较低的系统，本着既保证安全性，又降低采购费用的原则，经过多次试验，采用了双交流进线单UPS供电，其系统结构图如图2所示。

图2 双交流时线单UPS供电系统示意图

在正常情况时，由交流电源1向UPS供电，当交流输入1有故障时，自动切换到交流输入2向UPS供电，交流电源1和2进行电路连锁。当UPS正常工作状态时，按“交流电源1—整流—逆变—负载”的运行方式工作；当整流器模块有故障时，按“蓄电池—逆变—负载”的运行方式工作；当蓄电池放电完毕后，自动切换到由自动旁路开关向负载直接供交流电；当逆变器模块有故障时，按“交流电源1—维修旁路开关—负载”的运行方式直接向负载供厂用电；当UPS有严重的故障需维修或更换时，按“交流电源1—维修旁路开关”的运行方式向负载供电，这时UPS被短接，可以交出检修或更换，而不影响负载的正常供电。能够降低采购费用，是较经济的方案。

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