模塊化UPS在石化行業(yè)中的應(yīng)用

摘 要：模塊化UPS自誕生以來，隨著電力電子器件及數(shù)字化技術(shù)的迅猛發(fā)展，其技術(shù)日益成熟，已經(jīng)在電子信息機房大量使用。模塊化UPS以其綠色環(huán)保、高可靠性、易擴容、易維護等特點，逐漸被人們所接受。本文比較了模塊化UPS與傳統(tǒng)塔式結(jié)構(gòu)UPS，探討其在石化行業(yè)的應(yīng)用及需要注意的問題。

關(guān)鍵詞：UPS;模塊化;石化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.129

近年來模塊化UPS技術(shù)飛速發(fā)展，其采用標準結(jié)構(gòu)設(shè)計，可實現(xiàn)模塊的熱拔插及在線更換、維修，是較為先進的一種電源保護方案。目前模塊化UPS在石化行業(yè)中的應(yīng)用較少。本文結(jié)合石化項目，對傳統(tǒng)UPS及模塊化UPS的特點及應(yīng)用進行分析比較。

1 模塊化UPS的結(jié)構(gòu)組成

模塊化UPS不間斷電源是在傳統(tǒng)UPS基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，基本原理同樣是整流、逆變，但是有其自身的特點。

模塊化UPS裝置主要包括以下部分：輸入、輸出配電部分，功率模塊，監(jiān)控模塊，靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)及維護旁路開關(guān)，免維護蓄電池等。核心為功率模塊和監(jiān)控模塊。

（1）功率模塊。包括整流、逆變、充電、功率因數(shù)校正和相關(guān)控制電路。從原理上講，模塊本身可以看作一個UPS電源。功率模塊是UPS系統(tǒng)的主要模塊，UPS系統(tǒng)正常工作模式下具有熱插拔和并聯(lián)冗余工作功能。

模塊化UPS采用Boost升壓和功率因數(shù)校正組成的整流電路，開關(guān)器件選用IGBT，工作頻率高達20kHz。

（2）監(jiān)控模塊。負責實時監(jiān)視UPS系統(tǒng)的工作狀態(tài)、采集和存儲UPS系統(tǒng)運行參數(shù)，故障記錄存儲和故障診斷，具有熱插拔功能。

2 模塊化UPS與傳統(tǒng)塔式結(jié)構(gòu)UPS的比較

2.1 結(jié)構(gòu)原理

模塊化UPS屬于高頻機，石化行業(yè)常用的塔式結(jié)構(gòu)UPS多為工頻機。模塊化UPS相較傳統(tǒng)塔式結(jié)構(gòu)UPS最明顯區(qū)別就是取消了輸入和輸出隔離變壓器，結(jié)構(gòu)更輕巧。

石化項目中UPS的主要負荷為儀表DCS機柜和電信機柜，不存在大的沖擊性負荷。UPS一般放置在有人值守的儀表控制室中，對系統(tǒng)連續(xù)性、可靠性要求很高，一般要求冗余設(shè)計。在石化行業(yè)中，一般選擇雙機雙電源供電，即設(shè)置兩套獨立的UPS。這種方式可靠性非常高。

模塊化UPS由多個功率模塊并聯(lián)而成，目前大多數(shù)都是將功率模塊輸入端和輸出端進行連接，各模塊的直流母線是獨立的。由于是多個模塊并聯(lián)，存在并機環(huán)流的問題，曾是制約模塊化UPS發(fā)展的瓶頸。近年來隨著技術(shù)的發(fā)展，已克服這一瓶頸，UPS并聯(lián)十余個模塊很常見[1]。

2.2 模塊化UPS的特點

（1）高效節(jié)能。UPS的輸入功率因數(shù)越大，對電網(wǎng)的污染越小。模塊化UPS可以使用市電輸入功率因數(shù)達到0.99以上，使市電輸入電流的諧波含量小于5%，具有體積小、重量輕、對電壓波動適應(yīng)能力強、可消除可聞噪聲等優(yōu)勢。

（2）高可靠性。輸入電壓范圍寬，一般要求±20%。對于N+X冗余的UPS系統(tǒng)，任意（1～X）個功率模塊故障時（輸出短路故障除外），其它功率模塊仍可正常工作并能輸出UPS系統(tǒng)的額定功率，系統(tǒng)不轉(zhuǎn)旁路或斷電。UPS系統(tǒng)運行中，故障功率模塊自動退出運行，不影響系統(tǒng)其它部件的正常工作[2]。

（3）擴容方便。用戶在預(yù)計UPS電源容量時，時常會出現(xiàn)低估或高預(yù)計等情況，如在煉油廠的改擴建過程中，由于新增設(shè)備等原因，原UPS電源需要擴容。采用模塊化UPS，可在新建項目時根據(jù)當前情況進行配置，當有改擴建需求時，可在原有基礎(chǔ)上添加更多的模塊。

（4）易于維修。模塊化UPS的功率模塊和監(jiān)控模塊具有熱插拔功能，可以方便進行更換，通常不超過五分鐘。只要冗余允許還可以在線進行維護，退出故障模塊，實現(xiàn)零維修時間。對于有連續(xù)操作要求的石化行業(yè)，在線維護不僅保證了企業(yè)的生產(chǎn)過程供電平穩(wěn)，同時可降低維護成本。

3 實際應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

（1）選擇質(zhì)量可靠的廠家。模塊化UPS的興起后，國內(nèi)外很多廠家都推出自己的產(chǎn)品。由于該技術(shù)對電子元件及控制技術(shù)要求很高，導(dǎo)致各家產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。在設(shè)計中，一定要選擇業(yè)內(nèi)知名的廠家成熟的產(chǎn)品，不能貪圖便宜而出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題。

（2）并聯(lián)數(shù)量。模塊并聯(lián)數(shù)量不易過多，數(shù)量越多意味著對控制的要求越高。

（3）注意負載平衡。在石化行業(yè)中，UPS的主要負荷為儀表DCS機柜。三進三出的功率模塊會導(dǎo)致負載不平衡，應(yīng)選用輸出可靈活調(diào)整為單相的UPS產(chǎn)品。

（4）維修旁路。由于體積的限制，通常UPS廠家主機不配套手動維修旁路。但是用戶通常會有維修旁路的需求，常見的處理方式是把維修旁路放在輸出饋線柜里。有的用戶會要求維修旁路與UPS主機完全分開，希望在UPS故障返廠時，維修旁路可以繼續(xù)工作。

（5）技術(shù)參數(shù)要求。技術(shù)協(xié)議需要對廠家技術(shù)參數(shù)進行約定，以滿足實際應(yīng)用效果。可以參考《通信用模塊化交流不間斷電源》（YD/T2165），其中對模塊化UPS的參數(shù)有詳細的規(guī)定，包括頻率跟蹤范圍、輸入、輸出功率因數(shù)、系統(tǒng)效率、功率模塊過載能力、輸出電流不均衡度、零地電壓等關(guān)鍵參數(shù)。

（6）蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)。增加蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)很有必要。特別是在長時間連續(xù)使用后，電池老化會出現(xiàn)一些故障，如果缺少對電池的監(jiān)測，一旦電池停止工作將產(chǎn)生嚴重的后果，不但影響正常生產(chǎn)，甚至會引發(fā)火災(zāi)，影響人員安全。

4 結(jié)束語

模塊化UPS憑借其自身的多項優(yōu)點，成為當前UPS技術(shù)發(fā)展的趨勢所在。模塊化UPS完全滿足石化行業(yè)的應(yīng)用條件，相比傳統(tǒng)塔式UPS具有多項優(yōu)勢。隨著技術(shù)的進步與發(fā)展，模塊化UPS將在石化行業(yè)中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻：

[1]李啟中.淺要分析高可靠性的模塊化UPS[J].中國新通信，2015（09）：87.

[2]甘金來.模塊化UPS與塔式UPS的對比[J].電子商務(wù)，2017（11）：65-67.

作者簡介：雒瑜（1985-），男，陜西咸陽人，碩士研究生，工程師，主要從事煉油廠電氣設(shè)計。