2011年UPS供电可靠性分析结果

针对UPS供电存在的问题，分析了UPS电源分散配置、集中配置、静态开关与UPS组合供电3种不同供电方式方案及其可靠性，指出了UPS安装、使用需要注意的问题。实践证明，通过对UPS电源进行合理组合，可提高生产装置DCS控制系统的供电可靠性。

由于气化厂为工业用户和城市居民生产人工煤气和甲醇，故生产系统具有高温、高压、易燃、易爆、生产连续性强、系统控制复杂的特点，对电源的可靠性要求非常高。目前，供电系统采用两路35 kV线路引入中央变电所，经35／6 kV变压器降压后馈出6 kV至各区域配电室，最后经6／0．4kV变压器向生产装置供电，生产装置的远程操作和控制应用DCS控制系统。因35 kV外电网异常、不间断电源(Uninterlllptible Power Supply，UPS)自身的原因，多次导致DCS控制系统供电中断，造成生产装置意外停车。连续的生产流程中断后，对工业用户和城市用户的影响很大。因此，提高UPS供电的可靠性，是化工厂电气管理人员的迫切需要解决的问题。

　　1 UPS装置的组成和工作原理

　　UPS装置由整流回路、充电同路、蓄电池、逆变回路、自动旁路开关、手动维修旁路开关等组成。普通电源经整流回路变换成直流电源，一路经充电回路向蓄电池充电，另一路经逆变回路输出PwM型离质量的50 Hz正弦波电源。当UPS输入电源消失或整流回路故障时，由蓄电池组经电池开关向逆变装置供电。当逆变装置故障输出电压异常或过载时，则切换到自动旁路开关由厂用电直接向负载供电。

2011年UPS供电可靠性分析结果

　　2存在的问题

　　单台UPS常规配置接线如图l所示。输入UPS的两路电源分别来自不同的变压器，UPS的输出向Dcs控制系统供电。这样的供电方式存在以下不足：

　　(1)故障率高。当UPS故障时，输出电源中断，DCS控制系统失电，导致生产系统突发性停车，如不能及时处理，会发生人身、设备事故。

　　(2)UPS检修影响生产系统。在生产装置运行过程中，检修异常的UPS时，因UPS的旁路在工作，无法进行电气隔离，需要生产装置停车方可进行检修。

　　3．1 UPS电源分散配置

　　生产装置的DCS控制系统距离较远，采用单台UPS供电。若用冗余结构进行集中供电，UPS输出供电线路长，易发生线路故障，使UPS电源系统供电的故障率增加，故采用单台UPS电源配置。
　　可靠性分析：假设每台UPS电源的故障率均为β=0．05。

　　3．2 UPS电源集中配置

　　集中在一起多套生产装置的DCS控制系统，或电源中断后生产装置恢复时间较长、造成损失较大、可能发生设备事故和人身伤害的控制系统，故采用UPS电源冗余方式供电，　冗余运行方式中，两台以上UPS之间相互通信，同步控制。当其中一台UPS电源发生故障退出运行后，其他UPS承担全部供电负荷，保证连续供电。为提高冗余运行的安全性、经济性，一般采用2—3台UPS电源进行组合冗余运行。可靠性分析：

　　假设每台UPS电源的故障率均为β=0.05，

　　则冗余运行后的故障率为：βn=0．05n，

　　式中，n为UPS冗余台数。

　　由于0<β<l，因此βn<β，φ

　　当n=2时，故障率φ=0．052=0．002 5；

　　当儿=3时，故障率φ=0．053=0．001 25。

　　由此呵见，冗余运行后，UPS电源故障率随冗余数量增加而显著降低。

　　3．3静态开关(STS)与UPS电源组合供电

　　对小同型号、不同厂家的、不同容量的UPS电源，由于无法进行同步通信，并联冗余运行无法实现；在当前的经济形势下，企业经营困难，全部更新UPS电源既不现实，同时也是对资源的浪费。应用静态转换开关(Static Transfer Switch)与两台UPS组合，可以达到冗余运行的供电效果。
　　静态转换开关为电源二选一自动切换装置，主要元件为快速晶闸管。由于快速晶闸管的接通时间为微秒级，通过先断后通的控制方法，在实现l／4周波的时限内完成两路不同电源切换，从而实现小间断供电。静态转换开关的主要作用是，一旦主UPS电源发生故障或电池放电结束，静态转换开关把负载自动切换由备用UPS电源供电；主UPS电源恢复正常后，负载又自动切换由主UPS电源。 
可靠性分析：

　　假设每台UPS电源的故障率均为β1=β2=0．05，STS的故障率为a=0.02，

　　则静态转换开关与UPS电源冗余运行后的故障率为

　　φ=α+(1一α)×βl ×β2

　　=0.02+(1—0.02)×0.05×0.05=0.022 45

2011年UPS供电可靠性分析结果

　　4 UPS安装、使用注意事项

　　UPS的故障率不仅与外围配置有关，还与UPS的元器件、工作环境、负载大小和负载性质等有关。因此，在选型、安装、使用过程中，要注意以下问题，同样起到降低UPS电源故障率的目的。
　　(1)单台运行的UPS在选型时，UPS的额定电流以负载电流为基准放大20％～30％；冗余运行的UPS单台额定输出电流大于负载电流。

　　(2)合理分配负载，使UPS输出三相负载平衡。

　　(3)定期对UPS蓄电池进行充放电试验，延长电池寿命，确认电池容量和UPS的后备时间。

　　(4)UPS电池在事故深度放电后应立即进行充电，确保UPS后备时间。

　　(5)对使用时间10年以上的UPS电源，故障率增加需淘汰更新。

　　(6)加装通信接口板，当UPS异常、故障时，立即把异常、故障信号传送给远方岗位人员，及时发现、处理UPS的问题。

　　(7)UPS的操作按电气倒闸的要求，填写UPS电源操作票，操作时至少有两人，一人唱票监护，一人操作，确保操作无误。

　　(8)从UPS输出电源母线由多个断路器向不同的DCS控制系统和应急操作电源供电，缩小DCS电源线路故障停电影响范围。

　　5 结语

　　实践证明，通过对UPS电源进行合理组合，生产装置Dcs控制系统供电的故障率已大幅降低；加强UPS的维护保养，避免一些人为故障的发生，提高UPS供电的可靠性。随着UPS生产技术深入开发，UPS电源的特性日益完善，UPS在化工生产的长周期安全运行将更好发挥作用。

　　【参考文献】

　　[1] 李成章，王涉芳．新型UPS不间断电源原理与维修[M]．北京：电子工业出版社，1995．

　　[2] 张国光．UPS使用注意事项[J]．现代通讯，2004(8)：34．