中压变频器控制电源UPS技术优化改进

2018-06-07付荷英沈敬辉

山东化工 2018年10期

付荷英，沈敬辉

(陕西渭河煤化工集团有限责任公司，陕西渭南 714000)

陕西渭河煤化工集团有限责任公司三期两台240t/h循环硫化床锅炉装置八台风机电气控制系统均采用西门子完美无谐波系列变频控制。每台变频器内均配置一台容量为700VA的UPS不间断电源装置，给变频柜内TBCP控制提供稳定电源，由于变频器自身配置的UPS没有旁路，维护起来较困难，小容量的UPS使用寿命短，自装置运行至今由于UPS故障引起的跳车频次较多，对工艺装置造成极大的影响。为了解决此类问题我公司电气部门对八台高压变频器内的UPS进行技术改造，采用一台容量为10kVA索克曼MASTERYS IP系列UPS进行系统改造。

1 UPS电源在企业中的应用及原理

不间断电源是在电网异常(如停电、欠压、干扰或浪涌)的情况下不间断的为电气负载提供后备交流电源，维持电气设备正常运作的设备，它作为计算机信息系统、通信系统、数据网络中心等的重要外设，在保护计算机数据、保证电网电压和频率的稳定、改进电网质量、防止瞬时停电和事故停电对用户造成的危害等方面是非常重要的。下面着重介绍下UPS在工厂中的应用及原理。

1.1 UPS电源在企业中的应用

UPS不间断电源是企业重要的供电保障设备，随着工业自动化的发展，电气仪表控制越来越精密化，计算机技术应用和工业网络及相关通讯在工厂内越来越普及，对高质量的供电提出了越来越严格的要求。除了要求供电系统具有连续可靠性之外，还要求市电(50HZ或60HZ的工频交流电)的输出应保持良好的输出正弦波形且不带干扰。就公司来说，一二三期生产操作系统(DCS)、重要高低压设备的控制系统、电气运行系统后台监测与操作等等，一旦突然失电或瞬间晃电欠压(电压突变)就会造成计算机数据和图表丢失或使正在运行中的软件遭到破坏，导致控制装备损坏。因此，UPS电源得到了广泛的应用。

1.2 工业UPS电源基本工作原理

现在，工业UPS电源可以向用户提供四种类型的UPS电源品种：后备式UPS、在线互动式UPS、三端式UPS、双变换在线式UPS。工业UPS的典型原理结构如图1所示，工业UPS电源系统由五部分组成：主回路、旁路、电池等电源输入电路；进行AC/DC变换的整流器(REC)；进行DC/AC变换的逆变器(INV)；逆变和旁路输出切换电路(静态开关)以及蓄能电池。

图1 UPS基本原理图

当电网电压正常时(UPS输入市电及辅助市电正常)，UPS处于正常工作状态，整流器和逆变器均正常工作，静态开关将逆变器输出与负载相连，电池与直流母线相连，在直流母线电压作用下处于浮充电状态。

当电网电压异常(UPS输入市电及辅助市电均异常)或停电时，UPS整流器将自动停止工作，逆变器由电池供电而继续工作，时间的长短取决于负载的大小及电池的容量。当电池放电到终止电压时，如市电仍未恢复正常，逆变器将停止工作，UPS的操作控制面板将显示相应告警信息。当UPS 通过电池给负载提供后备电源时，如市电恢复，整流器将自动启动(此时其输出功率逐渐增加)，重新给逆变器供电，恢复到正常运行状态。在上述过程中，市电的中断和恢复都不会中断对负载的供电。

当UPS内部故障(如逆变器不工作)或市电因外部原因突然失电时，旁路输出切换电路控制静态开关导通，静态开关将辅助市电旁路与负载相连，此过程不会中断负载的供电。

当UPS需要维护或改造时，可以通过合上维修旁路开关Q3保持负载持续供电后停运UPS，断开输入开关Q1、旁路开关Q2和UPS输出开关Q4进行作业。

2 中压西门子变频器单独配置UPS(无旁路)出现的问题

中压西门子变频器内配置单独的UPS装置，自2010年投用以来，我公司三期4#5#锅炉共八台变频器由于UPS故障原因引起跳车，总结如下：

(1) 2012年4月7日，5#锅炉一次风机变频器UPS过载报警，导致控制电源失电，引起跳车。

(2)2012年4月9日，4#锅炉二次风机变频器UPS电池报警，无法对其立即检修处理，存在很大隐患。

(3)2016年3月28日，5#锅炉二次风机6千伏开关柜综合保护器上显示非电量信号故障，保护动作从而引起二次风机跳车。保护器非电量信号故障是采集二次风机变频器的故障信号，对变频器进行检查发现内部UPS电源故障不工作。

(4)2016年5月6日，5#锅炉引风机A变频器内UPS电池故障，导致变频器故障跳车，导致工艺降负荷。

3 UPS改造前存在的弊端

三期锅炉八台风机每台变频器均配置一台容量为700VA的UPS装置，主要给变频器的控制系统提供一个稳定的不间断的电源，但是多次由于UPS故障引起变频器跳车，对三期装置的生产经济效益造成极大的损失。目前运行状况存在以下弊端：

(1)变频器配置的UPS容量小，后备电池时间不足；

(2)变频器配置的UPS安装位置在柜内，不便于日常巡检和检修维护；

(3)变频器配置的UPS为非工业型的UPS，没有配置旁路电源，电源供电只有市电，没有事故电源，运行可靠性差。

4 UPS改造后具备的优势

锅炉四台风机是整个锅炉装置的重要设备，影响面极大，为了降低故障率的次数，我们通过技术手段来进行更优化的改造。本次改造采用索克曼MASTERYS IP系列容量为10KVA的UPS，它具备以下优势：

(1)运行性能可靠稳定、带有隔离变压器、占地面积小，这款机型的金属机箱以及高度的保护性可以保证其特性优于以往在工业企业的恶劣环境中所使用的其他电源设备，配置额外的两组后备电池，采用汤浅NP65-12型号蓄电池，此电池具有极低的浮充电流，密封反应效率高，使用寿命长。

(2)具有先进的干接点接口(ADC)、LCD遥控通讯显示器、外部手动旁路、电源分享、并联组件、隔离控制器等优越性能，我们通过对UPS进行一些人为模拟实验，比如切断市电，UPS将自动切入旁路，继续对负载进行供电或者市电恢复后，整流器立即启动，UPS将自动恢复正常模式，而且UPS旁路输入端电源引自事故发电机所带312配电室事故段，这样有利于提高负载供电系统的可靠性。

(3)UPS输出电源通过电源分配柜二次分配到每个变频器的控制电源处(图2所示)，电源分配柜总空开采用ABB带选择性保护微型断路器S752DR E63 ，并通过实验成功避免了由于单台设备引起短路或者接地越级跳闸问题，提高了设备供电系统的稳定性。

图2 电源分配柜图

5 项目实施情况

从确认要对原八台变频器控制电源进行优化技术改造后，通过前期大量调研，最终我们采用法国索克曼工业级的UPS和汤浅蓄电池作为后备电源，并将UPS输出电源进行二次分配，采用ABB带选择性保护微型断路器S752DR E63(如图2中所示)，此种配置具有不受电压波动或干扰影响，电磁兼容性极好等功能，单独控制，操作简单，简化原设计原理图(图3和图4所示)。原控制电源只有一个来自312配电室正常市电，没有旁路电源，新UPS采用两路电源供电，一路引自312配电室正常市电，一路引自312配电室事故段，两路电源来回切换，提高了八台风机变频器控制电源的可靠性和稳定性，大大降低了维护成本和能耗，提高了设备运行的效率。