淺談石化企業(yè)UPS的選擇

1、    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(duì)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(jí)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(shì)，企業(yè)對(duì)于高度自動(dòng)化儀表控制技術(shù)的依賴程度越來(lái)越強(qiáng)，因此對(duì)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)

2、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(duì)于可靠供電，保障企業(yè)的穩(wěn)定運(yùn)行來(lái)說(shuō)，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(chǎng)，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(cè)系統(tǒng)（fgs）。sh/t 3082-2003石油化工

3、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(jí)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?！?.2 容量選擇根據(jù)我國(guó)相關(guān)規(guī)范，對(duì)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(guò)對(duì)這部分ups的負(fù)荷測(cè)量，負(fù)荷率都在20%以下

4、。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(duì)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(guò)大而使ups長(zhǎng)期由于處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)而對(duì)其壽命產(chǎn)生影響。對(duì)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(lái)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(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)為電池逆變供電。沒(méi)有穩(wěn)壓，有切換時(shí)

5、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(guò)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(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)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(wú)間斷輸出。其特點(diǎn)是，有極寬的輸入電壓范圍，基本無(wú)切換時(shí)間且輸出電壓穩(wěn)定精度高，特別適合對(duì)電源要求較高的場(chǎng)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

6、時(shí)由蓄電池組供電，切換時(shí)間較長(zhǎng)，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%。mtbf150，000小時(shí).上述參數(shù)，事實(shí)上

7、，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(duì)滿足負(fù)載的要求來(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，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(duì)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(kāi)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(lái)兩個(gè)副作用：一個(gè)是增加包括ups在內(nèi)的電

8、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(kāi)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(wú)疑違反了使用ups的本來(lái)目的。3.帶載和過(guò)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(guò)于

9、兩種情況：當(dāng)電網(wǎng)電壓異?；蚴秦?fù)載異常時(shí)。在電網(wǎng)電壓異常時(shí)（包括斷電），對(duì)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(duì)其保護(hù)則要靠ups的帶載和過(guò)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(duì)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(duì)這部分因素做好充分、全面的考慮之后，才能夠正確的對(duì)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(guó)儀表設(shè)計(jì)手冊(cè)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(duì)于石化企業(yè)來(lái)說(shuō)，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(duì)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=（pcos）/（ei）.其中p是ups的標(biāo)稱輸出功率；.cos是負(fù)載功率因數(shù)；.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