化工仪表UPS配置管理及维护探讨

化工仪表UPS配置管理及维护探讨

巢宇晖1向良勇2雷鸣2何玉娥3

湖北兴友新能源科技有限公司，湖北宜昌443311  2.宜都兴发化工有限公司，湖北宜昌443311 3.湖北兴瑞硅材料有限公司，湖北宜昌443007

摘要：目前，在化工系统的各种生产装置区都普遍采用DCS系统来完成生产过程的操作和控制，对于特别重要的负荷和关键装置采用紧急停车系统ESD进行安全停车和连锁保护。因此为保证此类系统以及现场相关仪表运作的可靠性，采用不间断电源UPS，在电网电压波动或瞬间失电时，UPS自动切换供电，利用其自身蓄电池，避免了生产装置停车。鉴于此，文章对化工仪表UPS配置管理及维护措施进行了研究，以供参考。

关键词：化工仪表；不间断供电；维护措施

1、UPS的构成配置

UPS由整流器、逆变器、隔离变压器、旁路静态开关、逆变静态开关、检修旁路开关、电池组等组成。（1）整流器。将交流电全波整流、滤波转换为直流电，向逆变器提供直流电源，同时对电池组进行充电。（2）逆变器。是将从整流器或电池组获得的直流电转换为所需电压和频率的交流电，输出阻抗小，具有较大功率富裕量和快速响应特性。由于采用高频调制限流技术及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。（3）隔离变压器。实现输入侧与输出侧的电气完全隔离绝缘，对输入端起到良好的过滤作用，实现输出端对地浮空，保证用电安全。不管是作为输入的UPS主电源和旁路电源，还是逆变器输出的电源，均应设置隔离变压器。（4）静态开关。是将1对反向并联的快速晶闸管连接起来，作为UPS在执行由旁路电源供电至逆变器供电切换操作时的元件。由于快速晶闸管的接通时间为微秒级，约是小型继电器毫秒级的转换时间的1‰，因此可以对负载实现转换时间为零的不间断供电。

2、UPS基本原理

根据结构不同，UPS分直流和交流2种，交流UPS又有旋转型和静止型两大类，化工装置仪表应采用静止型交流UPS。根据工作原理不同，静止型UPS有后备式和在线式两种[，化工装置仪表应采用在线式UPS3正常状态下，将UPS主电源稳压后供给负载使用，同时对电池组充电，把能量储存在电池组中;当UPS主电源中断、输入隔离变压器发生故障或整流器发生故障时，UPS将电池组的能量通过逆变器转化为用户所需的交流电继续供负载使用，使负载维持正常工作。

3化工仪表UPS配置

化工仪表之所以引入UPS电源，除了确保负载供电的不间断，改善供电电源质量外，更重要的目的是电源的隔离，减少干扰。化工行业属于受控的高危行业，在装置运行过程中，设备存在高温、高压、有毒可燃等危险因素；为了安全控制生产过程，使用DCS、PLC、SIS联锁等控制系统，这些系统的负荷均属于重要负荷。按照设计规范要求，需配置两电源供电，且要有后备电源，因此在化工行业典型的配置中，重要负荷一路由具有后备电池的UPS供电，一路由市电通过隔离变压器隔离后的电源作为备用电源。两路电源可实现自动切换，从而提高重要负荷供电的可靠性。后来在此典型配置方案基础上，根据不同的需求又衍生出UPS并机方案，如主从热备份、互动热备份、互动热备份ATS、冗余并联方案等。无论是UPS单机配置，还是UPS并机从化工仪表供电设计规范要求，都需要隔离变压器来进行隔离。而这往往是大多数商业UPS电源不具备的功能。

4、UPS的维护措施研究

UPS是化工生产装置中关键的电源设备，其运行的安全稳定性直接影响着仪表控制系统乃至化工装置的安全稳定性，因此，确保UPS的安全稳定长期运行，在设备管理中起着重要的作用。要充分学习用户手册，科学维护管理，尽其所能延长UPS的使用寿命。

4.1核心元器件维护

UPS核心元器件的寿命与UPS整机的寿命息息相关。对核心元器件的维护要做好以下方面内容。（1）确保UPS/逆变器周围通风和清洁。（2）每季度至少一次检查输入、输出、旁路电缆及其终端。清洁前门及后门上的滤尘器。（3）每1～2a（视条件）至少一次打开UPS/逆变器，检查电源变压器的电缆连接，检查功率元器件，检查、清扫、紧固直流母线。

4.2电池维护

因蓄电池缺乏维护而导致设备故障在UPS的故障占比中比较高，例行对UPS蓄电池进行维护，将很大程度上降低电池故障率，延长蓄电池的使用寿命。电池的维护包括预防性维护和矫正性维护。通过定期的电池表面清洁，环境温度检测，电解液液位检查，电池电压及内阻检测，日常测温，极柱检查紧固，电池离线三充两放容量考核等方式来实现对电池全寿命周期管理。

4.3易耗件维护

在以往的运行维护中，往往只注意对电池的充放电、控制模块及功率模块的清洁维护等工作，而对UPS中交流电容器、直流电容器、风扇等易损件的关注度不足，而这些价值较低的易损件往往也对UPS的稳定性、安全性起着重要的作用。

4.3.1直流电容

UPS直流电容器并接在整流器后端、逆变器前端的直流母线的正负极之间，主要作用是储能、滤波、降低直流母线纹波，为逆变及电池充电提供稳定的直流电压。目前设备所选用直流电容器均为电解电容器，电解电容器在使用过程中电解液会不断的损失，容量下降，耐压降低。如果超期使用，特别是在高温环境下，可能会产生漏液，外壳鼓胀，引起UPS功率部件故障，造成生产事故。目前直流电容器的设计寿命只能达到5～6a，所以对UPS直流电容器必须进行定期检查，及时更换到期的电容器。

4.3.2交流电容

交流电容器与直流电容器结构相似，它与电感器组成了输入输出滤波器，输入滤波器降低了整流器对电网的谐波，UPS逆变器输出通过输出滤波器为负载提供标准的正弦交流电，交流电容器超龄运行，容量会不同程度降低。

4.3.3风扇

UPS在启动以后，风扇在长年累月不间断运行。它的主要作用是为UPS的核心功率模块散热。整流器、逆变器、旁路逆变静态开关、输入输出滤波电感器、隔离变压器等都是UPS的主要发热部件，如果风扇故障或由于超龄运行速度降低，直接会影响到这些发热部件的散热，温度会急剧上升，UPS会由于热过载而停机，严重情况下会造成功率器件的损坏甚至会引起烧毁等严重的事故。风扇、交流电容器、直流电容器等易损件相比于控制模块、功率模块等在UPS成本中只占很小的比例，但它的故障往往会引起功率部件和控制部分的故障，导致维修和使用成本的大幅上升。因此，为增强UPS系统的安全性和降低维修使用成本，应定期更换超龄运行的易耗件。一般情况下，风扇更换周期一般在2～3a，交、直流电容器的更换周期在5～6a。

结语

综上所述，化工装置仪表UPS电源设备是核心设备，对装置的安全稳定运行起到关键作用。UPS的配置、管理、维护环节密切相关，相辅相成，缺一不可。要设计一套完整的UPS供电方案，除了需考虑前后级供电系统，系统总容量及电池容量配备，电气隔离和接地，系统的可靠性、灵活性，还要考虑节省投资，以及不同用电设备对供电系统的各项指标和数据要求，才能设计一套最佳的UPS供电方案。但即使有一套最佳的UPS供电方案，UPS的管理、维护不到位，UPS供电系统也不能达到安全、稳定运行。因此化工装置仪表UPS不管是新增还是技改项目，从UPS配置方案开始就要仔细论证，并通过科学的管理和维护，达到UPS安全、稳定、长寿命运行。

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