- 生產(chǎn)裝置配置UPS的必要性
- 對UPS系統(tǒng)的要求
- UPS系統(tǒng)方案設(shè)計
- 采用兩電源的UPS構(gòu)架
- 增加相應(yīng)的移相變壓器和6脈沖整流器
- UPS宜選擇輸出精度高、0瞬斷的、支持ECO模式的機型
一級負荷包括：
- 安全儀表（聯(lián)鎖）系統(tǒng)（SIS）。?
- 分散型控制系統(tǒng)（DCS）和相關(guān)的現(xiàn)場儀表和控制系統(tǒng)。?
- 設(shè)備包廠商提供的關(guān)鍵的可編程程序邏輯控制器(PLC)和相關(guān)儀表。?
- 石油化工生產(chǎn)裝置、重要的共用工程系統(tǒng)及輔助生產(chǎn)裝置的儀表及自動控制系統(tǒng)。?
- 綜合壓縮機/透平控制系統(tǒng)（ITCC），以及關(guān)鍵的壓縮機組和泵類機組設(shè)備包提供的安全儀表。?
- 火災(zāi)及可燃氣體和有毒氣體檢測系統(tǒng)(FGS)。?
- 與裝置操作和安全相關(guān)的重要在線分析儀表。?
對UPS系統(tǒng)的要求:
由于沒有統(tǒng)一的配置規(guī)范規(guī)定，各地企業(yè)、不同項目采用了多種UPS配置方案，多數(shù)方案并不規(guī)范，導致由于UPS系統(tǒng)故障導致儀表供電中斷造成生產(chǎn)停工事故頻發(fā)。因此集團公司2005年發(fā)布了《生產(chǎn)裝置過程控制儀表電源配電系統(tǒng)技術(shù)管理規(guī)定（暫行）》，并于2006年發(fā)布IN212-2006《儀表供電設(shè)計規(guī)定》。對UPS配電系統(tǒng)提出了如下幾點要求：
i. 電源配置方案選用一般為：兩電源、三電源、逆變電源。其中逆變電源方案僅適用于熱電站及變電站。
ii. 系統(tǒng)在負載正常運行后，可以進行UPS離線檢修、蓄電池定期維護工作。
iii. 電源系統(tǒng)切換裝置應(yīng)能實現(xiàn)無擾動切換。
iv. 低壓母線的直流饋出回路，需配置隔離及穩(wěn)壓器。
v. 具備兩路供電的控制儀表，應(yīng)具備兩路非同期工頻交流電源同時工作的條件。
1.對UPS的要求：
I. 選用在線式UPS，電源質(zhì)量符合UPS輸出標準時，其逆變器在熱備用狀態(tài)運行，其接線簡單可靠。
II. UPS容量≤40KVA時，宜采用單相輸出；＞40KA時采用三相輸出。采用三相輸出時，UPS必需具備在短期內(nèi)各相100%不平衡情況下正常工作的能力。
III. 采用單機運行方式。
IV. 采用密封閥控式鉛酸蓄電池，備用時間一般為15~30MIN。
V. UPS容量按新建系統(tǒng)的1.5倍配置。
UPS系統(tǒng)方案設(shè)計
1.系統(tǒng)構(gòu)架
圖一 兩電源的系統(tǒng)構(gòu)架
如圖一所示，這個是石化行業(yè)典型的兩電源的UPS構(gòu)架，由兩路電源，一個隔離變壓器、一臺UPS組成。UPS采用雙電源回路輸入，UPS主電源由電源1提供，UPS旁路電源有電源2提供，同時UPS設(shè)置一個脫機維修旁路，允許UPS在故障維修或者更換時，系統(tǒng)仍然能夠正常工作。同時DCS系統(tǒng)中的負載分為兩個級別，即一般負載和重要負載，重要負載（一級負荷）由UPS系統(tǒng)直接供電，一般負載（三級負荷）由電源2經(jīng)隔離變壓器后供電。
2.UPS工作原理
UPS由整流器、逆變器、靜態(tài)旁路、手動維護旁路、電池組構(gòu)成。市電正常時，UPS將主回路的交流電整流成直流電，對電池充電，同時由逆變器將直流電重新逆變?yōu)榕c備用電源同頻率同相位的高精度交流電，為負載供電。市電異常或中斷是，電池對逆變器供電，輸出高精度交流電為提供負載工作需求。UPS原理構(gòu)架如圖二所示。
圖二 UPS工作原理圖
3.隔離變壓器原理
方案在市電電源2的后端設(shè)置隔離變壓器，輸入端采△型接法，不引入中線，輸出端采用Y型接法。實現(xiàn)輸入與輸出的中性線隔離，減少干擾。
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UPS的選擇
1基本參數(shù)選擇
有了合適的系統(tǒng)架構(gòu)之后，必需根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)選擇一臺合適的UPS。根據(jù)集團公司的文件要求，UPS至少滿足下列條件：
a) 輸入電源質(zhì)量指標：
輸入電壓：三相380V±15%或單相220V±15%。
輸入頻率：50HZ±2.5HZ。
b) 輸出電源質(zhì)量指標：
輸出電壓：220V±5%。
輸出頻率: 50HZ±0.5HZ。
輸出波形失真率: 小于5%。
c) 輸出電源瞬間斷電時間應(yīng)小于等于20mS。
d) 輸出瞬時電壓降小于10%。
e) 輸出諧波失真率：THD<3%。
f) MTBF≥150,000小時
上述參數(shù)對于目前的UPS技術(shù)而言，非常容易實現(xiàn)，以臺達NT系列UPS為例。目前該系列UPS能夠達到以下技術(shù)規(guī)格。
a) 輸入電源質(zhì)量指標：
輸入電壓：三相380V±25%。
輸入頻率：50HZ±5HZ。
b) 輸出電源質(zhì)量指標：
輸出電壓：220V±1%。
輸出頻率: 50HZ±0.1HZ。
輸出波形失真率: 小于3%。
c) 輸出電源瞬間斷電時間應(yīng)0mS。
d) 輸出瞬時電壓降小于5%。
e) 輸出諧波失真率：THD<3%。
f) MTBF≥300,000小時
UPS在選擇時，輸入范圍越大越好，寬輸入電壓范圍的UPS,能夠更好的適應(yīng)企業(yè)復雜的電網(wǎng)環(huán)境，降低UPS的電池放電次數(shù)。輸出范圍選擇精度越高越好，同時必需考慮輸出電壓瞬斷時間，越精密的儀器，短暫的瞬段可能造成設(shè)備的誤動作或者數(shù)據(jù)誤碼，是一種致命的危險。因此UPS宜選擇輸出精度高、0瞬斷的機型。
2其它特性選擇
目前節(jié)能減排，綠色環(huán)保的概念在國內(nèi)各行業(yè)越來越重視，石化行業(yè)作為能耗大戶，肩負節(jié)能減排的任務(wù)尤為重要。由于行業(yè)特點，決定了石化行業(yè)在選擇UPS時，目前更多的是側(cè)重于工頻機，但是工頻工作時整流、逆變器的結(jié)構(gòu)，決定了UPS整機效率偏低，功率因數(shù)較低，同時工作時會產(chǎn)生大量諧波。因此，在UPS選擇時，宜考慮選擇效率高、支持ECO模式的UPS主機，同時應(yīng)該考慮諧波抑制措施。
UPS ECO運行模式介紹
在石化集團公司的《生產(chǎn)裝置過程控制儀表電源配電系統(tǒng)技術(shù)管理規(guī)定（暫行）》中，明確提到：“電網(wǎng)電源質(zhì)量符合UPS輸出標準時，其逆變器在熱備用狀態(tài)運行”。
這里指的熱備用狀態(tài)就是指UPS的經(jīng)濟運行模式（ECO）。即市電正常或者符合設(shè)定條件時，用市電直接供電，此時逆變器工作，但是逆變靜態(tài)開關(guān)不導通，處于熱備份狀態(tài)；當市電異常或超出預設(shè)范圍時，UPS逆變靜態(tài)開關(guān)導通，逆變器為負載供電。采用ECO模式時，整流器和逆變器幾乎不消耗能量，整機基本上只有風機的功耗。
因此整機功率能從原有的93%左右，提升至97.5%以上。按照一臺100KVA UPS計算，一年可節(jié)省近25000度電，按照十年壽命計算，即可節(jié)省數(shù)十萬電費，相當于數(shù)臺UPS的直接購置金額。
需要注意的是，傳統(tǒng)的ECO模式控制采用不同步切換方式，當旁路電壓與逆變器輸出電壓之間的相位差或瞬態(tài)電壓差過大時，在執(zhí)行切換操作瞬間可能因環(huán)流過大引發(fā)事故，如燒毀靜態(tài)旁路的SCR或逆變器中的IGBT及驅(qū)動模組等；或在切換過程中造成切換時間過長。臺達NT系列UPS采用專利的控制方法，提高逆變器鎖相速率。可根據(jù)實際負載特性并搭配SCR強制換向控制，設(shè)計最佳轉(zhuǎn)換方法。當UPS鎖相產(chǎn)生相位差時，立即轉(zhuǎn)換至逆變器供電，避免不鎖相現(xiàn)象發(fā)生。
功率因數(shù)及諧波改善措施
UPS工作時，必需對輸入進行整流。石化行業(yè)一般采用6脈沖或12脈沖整流型UPS，其工作時，會使輸入功率因數(shù)降低并產(chǎn)生較大的電流諧波。同時石化工廠電網(wǎng)環(huán)境負載，UPS周邊設(shè)備一般為精密儀器，對電流諧波干擾較為敏感，諧波大，直接影響了設(shè)備采樣量測精度，造成設(shè)備控制精度不良，影響產(chǎn)品品質(zhì)及生產(chǎn)安全。另外諧波的存在還會加大企業(yè)在變壓器、配電容量、布線線徑方面的負擔。
因此，在選擇UPS的同時，必需考慮相應(yīng)的功率因數(shù)及諧波改善措施。目前的主流的UPS的改善主要包括移相、無源濾波器、有源濾波器、混合式濾波幾種方案。其中移相是指在6脈沖整流器基礎(chǔ)上，增加一個移相變壓器后再增加一個6脈沖整流器，可以抑制諧波。機種諧波改善情況如下表所示：
