淺談石化企業(yè)UPS的選擇

何廣靈

揚(yáng)子石化南京電儀分公司 210048

摘要：針對石化企業(yè)供電負(fù)載的特性，闡述了UPS型式、選擇產(chǎn)品的注意點(diǎn)，分析了電池容量的計(jì)算。

關(guān)鍵詞：石化企業(yè)；UPS；配電方式

1 引言

石化裝置生產(chǎn)特性是連續(xù)化大規(guī)模，加工處理的介質(zhì)為易燃易爆物質(zhì)。供電的重要負(fù)荷均為一二級負(fù)荷，突然停電有可能在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益上產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害的后果。當(dāng)前石化企業(yè)自動(dòng)化水平呈日益上升的趨勢，企業(yè)對于高度自動(dòng)化儀表控制技術(shù)的依賴程度越來越強(qiáng)，因此對重要裝置的供電品質(zhì)和可靠性要求可想而知。

UPS電源基本功能就是穩(wěn)壓、濾波、不間斷，其在高危的石化企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。充分重視UPS的科學(xué)合理的選擇配備，不僅能夠?qū)ζ髽I(yè)項(xiàng)目投資實(shí)現(xiàn)科學(xué)的控制，對于可靠供電，保障企業(yè)的穩(wěn)定運(yùn)行來說，具有著十分積極的意義。

2 UPS的選擇

2.1 石化企業(yè)需要設(shè)置UPS供電的儀表和控制系統(tǒng)范圍

石化企業(yè)需要設(shè)置UPS供電的重要負(fù)荷有：

（1）安全儀表（聯(lián)鎖）系統(tǒng)（SIS）；

（2）分散型控制系統(tǒng)（DCS）、可編程程序邏輯控制器（PLC）、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等；

（3）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(dòng)控制系統(tǒng)；

（4）裝置現(xiàn)場，與操作和安全相關(guān)的重要在線分析儀表；

（5）火災(zāi)及可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測系統(tǒng)（FGS）。

SH/T 3082-2003《石油化工儀表供電設(shè)計(jì)規(guī)范》明確規(guī)定：“儀表及控制系統(tǒng)的用電負(fù)荷按SH3038‘石油化工企業(yè)生產(chǎn)裝置電力設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定 屬于一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。這類負(fù)荷當(dāng)供電中斷時(shí)，為確保安全停工及處理事故，不致造成設(shè)備損壞和人身傷害事故，不致造成重大經(jīng)濟(jì)損失，需要設(shè)置 UPS?！?/p>

2.2 容量選擇

根據(jù)我國相關(guān)規(guī)范，對于工作電源而言，UPS容量需要按照企業(yè)不同類型儀表耗電綜合的1.2倍進(jìn)行計(jì)算，而如果其為企業(yè)的備用電源，則可以按照1.5倍進(jìn)行計(jì)算。在現(xiàn)有資料中，有給出的數(shù)據(jù)為UPS實(shí)際容量需要為所選容量的80%。以某企業(yè)為例，其共有20臺(tái)20kV·A以上的UPS，通過對這部分UPS的負(fù)荷測量，負(fù)荷率都在20%以下。該種情況之所以出現(xiàn)，很大一項(xiàng)原因就是儀表在實(shí)際對企業(yè)用電負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算時(shí)不夠準(zhǔn)確，由于容量過大而使UPS長期由于處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)而對其壽命產(chǎn)生影響。對于此種情況，就需要企業(yè)電力人員能夠?qū)ω?fù)荷情況進(jìn)行再一次的校核，并保證選擇系數(shù)在1.1-1.25之間，以此保證選擇出更為合理的設(shè)備容量。

2.3型式選擇

當(dāng)前技術(shù)成熟并已形成產(chǎn)品的各種UPS，就其主電路結(jié)構(gòu)和不停電供電運(yùn)行機(jī)制來看，有三種類型，既被動(dòng)后備式、在線互動(dòng)式和雙變換式（在線型），每種類型的UPS的工作原理是不一樣。

一、后備式UPS在市電正常時(shí)直接由市電向負(fù)載供電，當(dāng)市電超出其工作范圍或停電時(shí)，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)為電池逆變供電。沒有穩(wěn)壓，有切換時(shí)間，且輸出波形一般為方波

二、在線互動(dòng)式UPS在市電正常時(shí)直接由市電向負(fù)載供電，當(dāng)市電偏低或偏高時(shí)，通過UPS內(nèi)部穩(wěn)壓線路穩(wěn)壓后輸出，當(dāng)市電異?；蛲ｋ姇r(shí)，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)為電池逆變供電。其特點(diǎn)是：有穩(wěn)壓，但同樣存在切換時(shí)間。

三、雙變換式（在線型）UPS在市電正常時(shí)，由市電進(jìn)行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負(fù)載提供交流電，在市電異常時(shí)，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處于工作狀態(tài)，保證無間斷輸出。其特點(diǎn)是，有極寬的輸入電壓范圍，基本無切換時(shí)間且輸出電壓穩(wěn)定精度高，特別適合對電源要求較高的場合，但是成本較高。目前，功率大于3KVA的UPS幾乎都是在線式UPS。

后備式和互動(dòng)式UPS存在電源故障時(shí)由蓄電池組供電，切換時(shí)間較長，不能滿足石化工業(yè)使用高要求。雙變換式UPS是目前石化企業(yè)中使用最普遍的一類UPS。

2.4 指標(biāo)選擇

中石化集團(tuán)公司有關(guān)文件的要求，選擇的UPS基本參數(shù)至少滿足下列條件：

輸入電源質(zhì)量指標(biāo)：輸入電壓：三相380V±15%或單相220V±15%；

輸入頻率：50Hz±2.5Hz。

輸出電源質(zhì)量指標(biāo)：輸出電壓：220V±5%；

輸出頻率：50Hz±0.5Hz；

輸出波形失真率：小于5%。

輸出電源瞬間斷電時(shí)間應(yīng)小于等于20ms。

輸出瞬時(shí)電壓降小于10%。

輸出諧波失真率：THD<3%。

MTBF≥150，000小時(shí).

上述參數(shù)，事實(shí)上，當(dāng)前各品牌的UPS在這些指標(biāo)方面都已達(dá)到了很高的標(biāo)準(zhǔn)，對滿足負(fù)載的要求來說，已綽綽有余。值得注意的是，廠家多以這些指標(biāo)的高標(biāo)準(zhǔn)做為自己品牌的UPS的質(zhì)量標(biāo)志，相應(yīng)地用戶常常被誤導(dǎo)，以為高指標(biāo)及高品質(zhì)。

筆者認(rèn)為在選擇UPS時(shí)，應(yīng)明確以下三個(gè)方面內(nèi)涵。1.就影響電網(wǎng)供電質(zhì)量的輸入功率因數(shù)來說，尤其是在大容量范圍時(shí)，一般傳統(tǒng)雙變換型UPS的標(biāo)配功率因數(shù)大都在0.8左右，這就造成了約有30%的諧波電流對電網(wǎng)的干擾，其結(jié)果是使該電網(wǎng)上的變壓器、電纜、保險(xiǎn)絲和開關(guān)等設(shè)備發(fā)燒、疲憊。若要改變這種狀況就必需在前面加諧波濾波器或改6脈沖整流為12 脈沖整流，但這又會(huì)帶來兩個(gè)副作用：一個(gè)是增加包括UPS在內(nèi)的電源保護(hù)設(shè)備的本錢和體積重量，另一方面增加了UPS的損耗，從而降低了可靠性。2.再如UPS的工作效率，這是一個(gè)直接與可靠性相聯(lián)系關(guān)系的指標(biāo)。一般傳統(tǒng)雙變換型UPS因?yàn)槠潆娐方Y(jié)構(gòu)所限，很難將效率做高，尤其是在加入功率因數(shù)補(bǔ)償設(shè)備后，就更難將效率做到92%以上。盡管這些UPS采用了ECO經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，可以將效率做到97%以上，但這種ECO經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式因?yàn)樗鼘?shí)際上是甩開了UPS的正常功能而采用了“旁路直接供電”方式，犧牲了穩(wěn)壓和抗干擾等UPS應(yīng)有的基本功能，給用戶的使用埋下了隱患，這無疑違反了使用UPS的本來目的。3.帶載和過載能力也是反映UPS質(zhì)量的樞紐指標(biāo)，負(fù)載真正需要UPS起保護(hù)作用的時(shí)機(jī)莫過于兩種情況：當(dāng)電網(wǎng)電壓異常或是負(fù)載異常時(shí)。在電網(wǎng)電壓異常時(shí)（包括斷電），對負(fù)載的保護(hù)靠的是UPS輸入電路和不中斷功能，而負(fù)載異常時(shí)，對其保護(hù)則要靠UPS的帶載和過載能力。一般傳統(tǒng)雙變換型UPS的帶載能力弱就是由于其負(fù)載功率因數(shù)的單一性，難于適應(yīng)不同性質(zhì)的負(fù)載。

2.5 蓄電池容量及后備時(shí)間選擇

對于蓄電池而言，其實(shí)際可供使用容量同蓄電池環(huán)境溫度、存儲(chǔ)時(shí)間、放電電流大小以及負(fù)載特性等都具有著較為密切的聯(lián)系，只有在對這部分因素做好充分、全面的考慮之后，才能夠正確的對蓄電池可供使用容量同標(biāo)稱容量間的比率進(jìn)行選擇。此外，后備時(shí)間也是電池非常重要的一項(xiàng)指標(biāo)，在我國儀表設(shè)計(jì)手冊中，規(guī)定企業(yè)不間斷電源所配備的電池工作時(shí)間控制為30min。對于石化企業(yè)來說，其所具有的供電系統(tǒng)可靠系數(shù)較高，不僅具有2-3個(gè)電源，且停電情況的出現(xiàn)幾率也較小。對此，我們則可以按照10min后備時(shí)間進(jìn)行選擇。在具體進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以先將蓄電池最大放電電流進(jìn)行求出，其計(jì)算公式為：

I=（Pcosφ）/（ηEi）

......其中P是UPS的標(biāo)稱輸出功率；

......cosφ是負(fù)載功率因數(shù)；

....η是逆變器的效率，一般也取0.8；

.......Ei是蓄電池組臨界放電電壓。

通常選用在規(guī)定的大放電率條件下的臨界電壓值，l2V電池臨界電壓10v，2v電池臨界電壓為1.67V，如果電池后備時(shí)間較長，電池是在小放電率情況下放電，則12v電池臨界電壓為10.5V，2V電池臨界電壓為1.75V。再根據(jù)用戶所確定的蓄電池組后備供電時(shí)間，就可從蓄電池廠商提供的所選用的電池規(guī)格型號的放電曲線，查出電池組的放電率，可用公式：