輸油場(chǎng)站UPS的缺陷及改進(jìn)方法分析

李嵐鑫

中國(guó)石油西部管道新疆輸油氣分公司，新疆烏魯木齊 830001

1 輸油場(chǎng)站的UPS 簡(jiǎn)述及工作原理

隨著西部輸油管道事業(yè)的發(fā)展壯大，UPS 的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，它能為輸油場(chǎng)站提供高質(zhì)、穩(wěn)定的電源供應(yīng)，保證了生產(chǎn)系統(tǒng)的及時(shí)有效地運(yùn)行。UPS 分四部分：整流、蓄能、逆變和開(kāi)關(guān)控制，主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態(tài)開(kāi)關(guān)等幾部分組成。

1）整流器

整流器是一種將交流轉(zhuǎn)換成直流的裝置，它的主要功能：一是將交流電變?yōu)橹绷麟姡缓蠼?jīng)過(guò)濾波板后供給負(fù)載或逆變器；二是給蓄電池提供供電電壓。

2）蓄電池

蓄電池是儲(chǔ)存電能的裝置，它由若干個(gè)電池串聯(lián)而成，其容量的大小決定了維持放電的時(shí)間。它的主要功能是：當(dāng)市電正常時(shí)將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存在電池內(nèi)部；當(dāng)市電出現(xiàn)故障時(shí)將化學(xué)能變?yōu)殡娔艿侥孀兤骰蜇?fù)載。

3）逆變器

逆變器是一種將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的裝置。

4）靜態(tài)開(kāi)關(guān)

是一種無(wú)觸點(diǎn)交流開(kāi)關(guān)，有兩個(gè)晶閘管反向并聯(lián)組成，其閉合和開(kāi)啟由邏輯控制器控制。

UPS 電源的工作原理為：在電網(wǎng)電壓工作正常時(shí)，市電經(jīng)過(guò)整流、逆變后輸出穩(wěn)定的電壓供給負(fù)載，同時(shí)給蓄電池充電；當(dāng)市電異常導(dǎo)致突然停電時(shí)，由蓄電池給負(fù)載提供電源以維持正常的生產(chǎn)；如果UPS 故障時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)到旁路供電，以保持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2 翠嶺站UPS 故障分析及解決措施

1）UPS 機(jī)故障現(xiàn)象及應(yīng)急措施

以新疆輸油氣分公司翠嶺站為例，輸油場(chǎng)站UPS 背板接線端子處冒出大量黑煙，導(dǎo)致UPS 停機(jī)及發(fā)生逆變輸出故障。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，輸油場(chǎng)站UPS 背板接線端子排上方的濾波板被燒毀而造成主路、旁路的電源跳閘而發(fā)生斷電，最終導(dǎo)致了UPS 停機(jī)或發(fā)生逆變輸出故障。應(yīng)急措施：這種斷電事故發(fā)生時(shí)需要排查人員及時(shí)實(shí)施補(bǔ)救措施，比如對(duì)UPS 實(shí)施電氣隔離，拆除 UPS 的主路、旁路電源及輸出電纜，并測(cè)量UPS 電池組的電池運(yùn)行情況等。處理完畢后，看UPS 逆變是否恢復(fù)工作及所帶負(fù)荷是否恢復(fù)供電，否則需要現(xiàn)場(chǎng)的維修人員進(jìn)一步對(duì)電池的濾波板、電源濾波板、輸出濾波板、電源板及主控板等進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)有損壞現(xiàn)象則及時(shí)進(jìn)行更換處理，以使UPS 正常投運(yùn)。

2）造成UPS 機(jī)被燒毀及輸出停止的原因分析

根據(jù)翠嶺站UPS 事故現(xiàn)場(chǎng)的情形，當(dāng)時(shí)濾波板被燒毀的過(guò)程中產(chǎn)生了大量的熱量，損毀了端子的隔板，將濾波板上的金屬導(dǎo)電體融化導(dǎo)致大量的黑煙，金屬導(dǎo)電體融化飛濺出來(lái)的顆粒物使UPS 內(nèi)部絕緣下降，輸出濾波板、電源根據(jù)濾波板、主控板、電源板短路損毀。 根據(jù)多年來(lái)UPS 在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用分析，造成這種電池濾波板出現(xiàn)電弧放電的現(xiàn)象可能的原因是飛蟲(chóng)或金屬導(dǎo)體搭接造成的。

翠嶺站UPS 輸出是由兩臺(tái)UPS 在各自輸出端子排后并聯(lián)運(yùn)行，一臺(tái)UPS 發(fā)生故障造成停機(jī)時(shí)，它的輸出端會(huì)發(fā)生短路現(xiàn)象，導(dǎo)致另一臺(tái)UPS 輸出交流接觸器斷開(kāi)，靜態(tài)旁路未進(jìn)行切換而無(wú)法正常輸出而立刻停止工作，

3）UPS 事故總結(jié)及補(bǔ)救措施

翠嶺站UPS 為雙機(jī)并聯(lián)冗余的運(yùn)行方式，這種接線方式的優(yōu)勢(shì)在于如果單臺(tái)機(jī)發(fā)生故障不會(huì)對(duì)其他的UPS 機(jī)造成影響，但是由于UPS 運(yùn)行方式及接線方式存在一定的缺陷，造成了其他的UPS 機(jī)全部出現(xiàn)了損壞。為了避免這種情況的再次發(fā)生，需要對(duì)UPS 的接線方式進(jìn)行相應(yīng)的整改優(yōu)化。整改措施為先分離所有的UPS 輸出，并在各個(gè)輸出部位均加一個(gè)輸出開(kāi)關(guān)，輸出開(kāi)關(guān)必須由帶選線功能的控制器控制，然后從旁路電源另引一路輔助電源至所帶負(fù)荷。注意：UPS 輸出應(yīng)與新加的輔助電源互為閉鎖，這樣可以避免出現(xiàn)相序不同的問(wèn)題。

3 UPS 在實(shí)際應(yīng)用中存在的缺陷分析

作為輸油場(chǎng)站的不間斷供電設(shè)備，UPS 系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用中存在一定的缺陷，造成了各種故障的發(fā)生使供電停止，甚至出現(xiàn)人身安全事故。現(xiàn)將UPS 的缺陷簡(jiǎn)單總結(jié)如下：

1）單機(jī)故障影響到整個(gè)系統(tǒng)的缺陷

雖然輸油場(chǎng)站內(nèi)的所有UPS 機(jī)均采用并聯(lián)冗余的接線方式，但是由于運(yùn)行方式和接線方式上存在一定的缺陷，比如，兩臺(tái)或多臺(tái)輸出UPS 機(jī)之間連接過(guò)于緊密，沒(méi)有各自的控制輸出開(kāi)關(guān)，或者有各自的控制輸出開(kāi)關(guān)但是并沒(méi)有由帶選線功能的控制器控制，這種運(yùn)行方式及接線方式往往會(huì)導(dǎo)致一臺(tái)UPS 機(jī)發(fā)生故障后會(huì)影響到整個(gè)供電系統(tǒng)發(fā)生故障。

2）配置模塊化UPS 存在的缺陷

為了提高UPS 的可靠性，所有Masterys 模型一般被安裝為并聯(lián)冗余的模塊化配置，但是這種配置在實(shí)際應(yīng)用中存在著很多缺陷：首先，由于并聯(lián)模塊較多，其可靠性會(huì)隨著模塊數(shù)量的增多而下降，即模塊數(shù)量越多，控制單元越多，那么隨之故障點(diǎn)就會(huì)增多；其次，冗余系統(tǒng)中的UPS 功率越大會(huì)導(dǎo)致整套UPS 冗余并機(jī)系統(tǒng)的“輸出功率的余量”越小，那么必然會(huì)造成UPS 系統(tǒng)抗“輸出過(guò)載”的能力下降；第三，如果需要增加容量必然會(huì)考慮另外購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的功率模塊，造成投資的加大，同時(shí)必然會(huì)帶動(dòng)維護(hù)成本的增加。

4 對(duì)UPS 進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

1）改進(jìn)并聯(lián)冗余的接線方式

UPS 是長(zhǎng)輸管道業(yè)務(wù)中輸油場(chǎng)站的一種不間斷的供電裝置，站內(nèi)的UPS 系統(tǒng)大部分采用了并聯(lián)冗余的接線方式，并且 UPS 進(jìn)線設(shè)有了浪涌保護(hù)裝置很好地避免了由于電池和市電源直接連接而造成觸電事故的發(fā)生，同時(shí)兩個(gè)UPS 電源分別引自兩段不同的母線，一個(gè)UPS 電源發(fā)生故障不會(huì)影響到另一個(gè)。

2）自動(dòng)診斷系統(tǒng)的應(yīng)用

自動(dòng)診斷系統(tǒng)的應(yīng)用使得UPS 操作起來(lái)更加的直觀和簡(jiǎn)單易行，它具有自動(dòng)識(shí)別故障機(jī)監(jiān)視環(huán)境的功能，能夠及時(shí)將UPS 故障信息（如溫度、過(guò)載等）通過(guò)電子郵件或調(diào)制的解調(diào)器發(fā)送診斷報(bào)告到支持中心，以便維修人員能夠及時(shí)掌握故障信息和及時(shí)作出緊急搶救措施，避免造成設(shè)備停止的風(fēng)險(xiǎn)，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3）采用高效的供電模式

對(duì)UPS 采用一種可選擇和可編程的高效操作模式，可提高綜合效率到98%，大大節(jié)省了電能。這種操作模式可選擇具體到每日或每周的間隔時(shí)間被編入程序從而直接從輔助市電供給應(yīng)用設(shè)備動(dòng)力。如果電源儲(chǔ)運(yùn)耗損，UPS 會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到逆變器并繼續(xù)由電池給負(fù)載提供動(dòng)力。這種高效的供電模式分為ECO 經(jīng)濟(jì)模式和Always On 總在模式：ECO 經(jīng)濟(jì)模式具有很高的供電效率，由于在普通操作條件下，應(yīng)用通過(guò)自動(dòng)旁路由輔助市電直接供給；創(chuàng)新的Always On 總在模式結(jié)合了非常高的效率和活躍的過(guò)濾諧波，通過(guò)畸變的負(fù)載再次被注入到上游市電，大大提高了供電效率。

4）節(jié)能模式的應(yīng)用

該模式能夠保證UPS 在待命時(shí)不使用任何動(dòng)力，當(dāng)以高負(fù)載激活機(jī)器的時(shí)候會(huì)以最大的生產(chǎn)力運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣UPS 總在最高的負(fù)載效率下運(yùn)行，才能導(dǎo)致更高的系統(tǒng)效率。這種節(jié)能模式的成功之處在于：當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，待命的機(jī)器會(huì)立刻恢復(fù)激活以保證連續(xù)的供電。另外，監(jiān)測(cè)運(yùn)行時(shí)間意味著小時(shí)數(shù)被分配在所有UPS 上，交替時(shí)常被關(guān)閉的機(jī)器，這能延長(zhǎng)機(jī)器的壽命并能減少故障風(fēng)險(xiǎn)。

5）網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著科技的不斷進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用逐漸滲透到了各個(gè)領(lǐng)域，在長(zhǎng)輸管道業(yè)務(wù)中，為了更直觀地對(duì)站內(nèi)的UPS 系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和事故預(yù)警管理，對(duì)大型的UPS 系統(tǒng)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，即將UPS 連接到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的LAN 局域網(wǎng)，則可以通過(guò)一臺(tái)被連接到網(wǎng)絡(luò)的電腦對(duì)UPS 的運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)超文本的形式進(jìn)行頁(yè)面監(jiān)測(cè)。拿UNI VISION PRO 舉例來(lái)說(shuō)，UNI VISION PRO 是通過(guò)RS232 接口或LAN 局域網(wǎng)連接到本地服務(wù)器以管理UPS的。它的主要功能有：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的圖形來(lái)監(jiān)視UPS；通過(guò)串行接口控制本地服務(wù)器的停機(jī)作業(yè)；通過(guò)proxy 代理和選用的Java 停機(jī)客戶遙控停機(jī)；通過(guò)電子郵件給其他地址（最多8 個(gè)）發(fā)送提醒郵件等。

6）警報(bào)系統(tǒng)的應(yīng)用

系統(tǒng)警報(bào)系統(tǒng)能夠在以下情況發(fā)生時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)：技術(shù)站點(diǎn)的溫度高于推薦的最大值、輔助市電超過(guò)可被接受的容忍值、負(fù)載要求的功率高于可用功率、維護(hù)旁路被激活、使用條件不當(dāng)、輸入的市電超過(guò)可被接受的容忍值及錯(cuò)誤的相周期方向等。

5 UPS 在日常維護(hù)中應(yīng)注意的問(wèn)題

為了更好地使UPS 不間斷電源供電系統(tǒng)服務(wù)于輸油場(chǎng)站，必須使UPS 在一個(gè)正常、高效的環(huán)境下運(yùn)行，以提供最優(yōu)的操作效率并避免設(shè)備停工的風(fēng)險(xiǎn)，這就需要為UPS 進(jìn)行定期專(zhuān)業(yè)的預(yù)防性維護(hù)。應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）所有設(shè)備的維護(hù)操作必須有專(zhuān)業(yè)的UPS 人員或具有UPS 授權(quán)的人員執(zhí)行。因?yàn)閁PS 系統(tǒng)涉及的專(zhuān)業(yè)性非常強(qiáng)，各種定義、參數(shù)等非常復(fù)雜且操作起來(lái)需要很高的專(zhuān)業(yè)技術(shù)；

2）對(duì)UPS 機(jī)的維護(hù)與檢修。UPS 主機(jī)的維護(hù)主要是防塵和定期除塵，在除塵的同時(shí)檢查各連接件和插件有無(wú)松動(dòng)和接觸不牢的情況，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，立即糾正。另外，每年定期對(duì)UPS系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)與檢修；

3）UPS 使用日常使用注意事項(xiàng)

（1）使用環(huán)境應(yīng)保證清潔，無(wú)雜物塵土，并且通風(fēng)良好，利于散熱；

（2）切勿帶感性負(fù)載，如針式打印機(jī)、日光燈、空調(diào)等；

（3）切忌UPS 帶負(fù)載過(guò)輕，否則會(huì)造成電池的深度放電而影響電池的使用壽命；

（4）對(duì)UPS 適當(dāng)放電，有助于電池的激活。

6 結(jié)論

作為輸油場(chǎng)站的一種不間斷供電電源，UPS 技術(shù)的發(fā)展日新月異，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的UPS，以發(fā)揮UPS 更大的功效。但是正所謂“再好的設(shè)備也有美中不足之處”，如何規(guī)避UPS 在實(shí)際應(yīng)用中的缺陷，并采取合理有效的改進(jìn)措施，嚴(yán)格做好日常維護(hù)檢修工作，以保證設(shè)備的安全高效的運(yùn)行。

[1]UPS安裝操作手冊(cè).

[2]翠嶺站UPS停機(jī)故障分析報(bào)告.

[3]模塊化UPS技術(shù)缺陷.百度文庫(kù).

[4]傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心采用UPS供電的缺陷.百度文庫(kù).