煤化工UPS及供电系统的改造

　　摘要：本文主要介绍了河南省某煤化工UPS（不间断电源）及控制系统供电回路的一系列优化改造。将目前的并机运行的三台UPS改造为两两并机的四台UPS其两路出线分别去各个控制系统的冗余电源，并在各控制室内增加双回路智能切换装置，以满足现场仪表、阀门的供电要求，同时将各控制系统的供电做相应的优化。
　　关键词：UPS，供电回路，控制系统，电源，优化
　　前言：我厂一期控制系统供电主要采用3台GE(通用电气公司)的UPS，型号为Sitepro40。SitePro产品均采用双转换工作模式(即真正的在线工作方式)，因此能保证最高程度的电源可靠性。每台UPS都完全符合有关电压与频率独立(VFI)工作的各项国际标准。真正的VFI技术确保了SitePro系列产品极端可靠的性能，使其足以担负数据保护的使命并满足其他关键负载对高品质电源的要求。连续在线式UPS采用并联冗余结构，并联系统中各台UPS的控制不分主从，所有关键部件及功能均是冗余的；
　　供电系统当前概况：我厂的UPS供电每台容量约为40KVA，我厂设计负荷约30KVA，实际负荷约为37KVA左右。UPS的主要作用为提供稳定的、不间断的系统供电。三台UPS并联运行，通过双路切换装置接收来自空分或中控室配电室的所供市电，输出三路380V电源到一组汇流排上，配线柜内的各个空开分别将用电负荷送电相应的控制系统或操作站。可以说UPS的产生首先时作为一种应急的供电系统，保证非正常市电中断后，现场各阀门等状态处在正常或短期可操作的安全状态，是除了物理上的安全措施外的对工厂的第二层保护，对于工厂的安全起着极其重要的保护作用。其次才是提供稳定的供电负荷，保护精密的控制系统中的各种元器件免于市电各种恶劣供电的冲击。该UPS系统自2006年投用以来一直运行稳定，为我厂生产的安全稳定运行打下了良好的基础。
　　原设计理念为：1、正常情况下外电失去时UPS能够独立支撑系统2个小时以上的时间，或提供用于等待市电的恢复的时间，或用于工艺人员对于现场的安全操作以及停车操作。2、任一台UPS发生故障停机时，剩下的2台UPS能够单独供应系统供电，甚至是只剩一台UPS也能短时间单独供应系统的安全供电。而当UPS全部故障时UPS也能通过UPS内部的自动旁路实现系统的直接供应外部市电（具体供电方案见附图1）。理论上的设计完全能满足了我们系统的要求，但是实际运行过程中发现本供电方案存在着很多重大缺陷。具体问题主要有：
　　1、 当一台UPS出现故障时检修时，有可能在投用或切除时其余两台UPS由于突然增加的电流变化导致故障而停机，进而导致供电系统的中断，而某化工厂的控制系统曾经因此而导致了停电事故。
　　2、 控制系统的供电由于是三台UPS供电输出到一路汇流排，然后通过该汇流排分别输出到相应的用电设备上，所以实际上后续设备所谓的冗余用电都是一路供给。万一汇流排到控制器或24V供电线路中出现短路、空开误动作等故障时都会导致控制系统的紧急停车。可以说控制系统的冗余双供电设计形同虚设，该控制系统的供电方案严重威胁了控制系统的安全稳定运行。
　　3、 部分非重要的供电负荷存在于UPS供电回路中。如控制柜内的灯和风扇以及现场的其他非重要供电设备。非重要负荷发生短路、对地等非正常状态过多，对UPS造成了很多的安全隐患，大多数UPS的报警和故障都是非重要的负荷故障引起的。
　　4、 设计用电负荷和实际用电负荷的总会有误差，导致供电的三相负荷不均衡。
　　5、 24V电源柜内部设计拥挤，导致发热量较大（半面柜子集中布置了14个24V电源及相应的空开、汇流排等。）。
　　6、 部分空开负荷设计不合理或空开质量问题，实际存在着可能上级空开跳断而下级空开正常的情况。
　　改造措施及注意事项：由于供电系统存在上述一系列的问题所以我们对我厂的UPS及其供电回路进行了改造。在改造过程中我们遵循着如下原则：1、是安全性，允许每一个电气设备都可以在无需将关键负载转换到市电的条件下出现故障或手动关闭。根据控制系统的要求我们要求实现两条独立的供电线路，配置要求从电力入口到关键负载的所有线路提供了完方位的冗余。2、较高的易维护性：任何产品都不可避免的会出现故障，所以我们要求在生产运行过程时，如果维护单个UPS模块、开关装置和其他配电设备也无需将负载转到旁路模式(负载将处于无保护电源下)，同时最好仍然保持双电源负载的双路供电特性，3、有利于UPS系统均分负载，利于保持各项的平衡分配。基于以上原则，我们定下了如下的具体改造方案，我们可以称之为2(1+1)冗余并机系统;
　　1、 增加一套UPS，与原三台UPS相同的型号，改造为两两并机的四台UPS，其两路出线分别去各个控制系统的冗余电源。
　　2、 增加一台UPS出线柜和供电系统配电柜，用于新增一路UPS供电的电源分配。
　　3、 增加一台24V电源柜。将原16台24V电源分散到不同的2个机柜，防止电源的发热量较大。同时两台24V电源柜供电分别来自两套UPS供电
　　4、 各控制器供电、通讯和历史模件的供电分别来自两套UPS，真正实现控制系统的冗余供电。
　　5、 增加3套GE的ATS切换装置，切换时间小于100ms,用于现场设备供电的切换。保证在一路UPS供电中断的时候，能够快速切换到另外一路UPS供电，而不会造成系统的停车。
　　6、 更换部分空开，同时增加备用供电空开等的数量，以利于以后的系统扩容。
　　7、 完成供电负荷的重新计算和分配，确保三相供电的平衡。
　　8、 将灯和风扇及其他非重要负荷的电源选用市电供电。
　　改造中的注意事项：
　　1、 系统停电时现场设备必须处于手动或者停止或者其他安全位置，否则有可能导致安全事故。
　　2、 系统停电进行改造时，有可能丢失未点检（CheckPoint）的组态点，所以应该在系统停电改造之前将数据进行点检，并将数据备份出来。如果系统不能做好备份工作，控制系统有可能导致控制模式、控制数据或控制状态的不一致性。
　　3、 在开车前必须严格执行开车确认工作，且严格检查各种控制点的正确位置状态。实际上在我们中期改造完成后的首次开车过程中，确实由于开车确认漏项，个别点的状态改变没有恢复，导致了开车时间延误了几个小时。
　　4、 控制系统的下电和上电必须按照相应的规定进行，防止控制器或历史数据的丢失
　　结束语：经过几个月的正常生产运行，证明本次改造取得了良好的效果，对我厂生产装置的安全长稳优运行提供了良好的供电保障。
　　参考文献：《GESiteproUPS说明书》