基于儀控系統UPS電源的雙冗余改造

任士榮

（山東鋼鐵萊蕪分公司能源動力廠，山東萊蕪 271104）

1 課題背景

熱電老區銀前區鍋爐、汽機、發電機崗位的電力UPS電源裝置運行年限較久，劣化趨勢明顯，均為單UPS電源供電。逆變器或者靜態切換開關等器件一旦損壞，電源輸出將中斷，造成崗位微機監控后臺黑屏，電機PLC系統、中壓氮氣調節閥和快切閥失電，引發鍋爐火焰監視器、四角支管焦爐煤氣速斷閥、脫硫設備及區域內煙氣在線監測設備不能正常運行，嚴重時影響高爐供風。

2 現狀分析

2.1 運行模式

正常情況下整流器將市電通過隔離變壓器、整流器轉換為純凈的直流電，再由逆變器轉換成交流電源輸出，供負載使用，同時通過充電電路給蓄電池浮動充電。當交流電源異常或整流器發生故障停止運行時，將轉由直流電源至逆變器以替代中斷的整流器輸出電源；當逆變器處于不正常狀況，此時靜態開關由交流電源經旁路輸出給負載使用；UPS設備需進行維護、維修時，可將UPS切換至“維修旁路模式”下運行，UPS電源系統架構如圖1所示。

2.2 存在問題

（1）發配電系統由于有發電機，當區域外網異常失電時，發電機進入孤立網運行狀態。系統電壓瞬間會出現大幅降低并未完全失電狀態。而逆變電源裝置因沒有檢測到交流輸入失電，無法切換到直流輸入供電，導致儀控系統失電。

（2）UPS裝置靜態切換開關及逆變模塊故障率高，維修旁路斷路器無法自動投入，導致儀控系統失電，嚴重時發生停機、停爐事故。

（3）逆變電源裝置安裝地點分散，分布在不同的鍋爐、汽機、發電機值班室，不利于電氣運行人員對UPS裝置進行實時監控和故障恢復處理。

3 主要措施

3.1 改造范圍

對老區和銀前區7臺風機，2臺發電機、5臺鍋爐、1臺除氧器，共計15套UPS電源進行雙冗余改造。

3.2 轄區UPS逆變電源裝置升級改造思路

圖1 UPS電源系統架構

圖2 改造后的UPS電源并聯雙冗余系統模式

由原來單臺UPS電源裝置改造升級為2臺UPS并機冗余方式的電源裝置，由原來一路交直流電源輸入改為2路交直流電源輸入；采用先進并機方式，總輸出由2路交流輸出斷路器出線端并聯輸出供電，改造后的UPS電源并聯雙冗余模式如圖2所示。

2臺UPS的交流輸入來自2段不同母線的交流電源輸入，不因一路電源掉電而全部失去交流電源；直流輸入也來自2段不同母線的直流電源輸入。若直流電源電能耗盡，將由靜態切換開關切換至旁路供電。

2臺UPS電源裝置運行時，每臺單機各平均承受50%的負載。在任何一臺UPS故障情況下，系統中處于正常工作的UPS將繼續穩定地向負載提供無間斷電源。并且輸入電源系統在頻率及電壓等波動時，具有較好的恒頻恒壓功能，抗干擾能力強。

3.3 將現場UPS報警信號引入主控室

從UPS電源端口接出直流異常、交流異常、電源故障、逆變異常和電源過載等5組信號，信號異常時自動吸合，UPS端口如圖3所示。

圖3 UPS電源端口

通過中間繼電器捕捉故障信號，經PLC處理后增加了自保持功能，同時在電氣主控室安裝聲音報警器。一旦捕捉到故障信號即保持故障信號輸出，在主控室進行聲光報警并顯示故障類型。實施改造后進行切換時試驗，斷開電源值班室蜂鳴器報警。改造后報警實現實時監控UPS運行狀況，避免了點檢時間存在間隔造成設備故障。

4 改造效果

UPS電源裝置雙冗余升級改造后，突發停電時，UPS電源裝置能夠可靠切換，解決了UPS切換不穩定的問題，保證了關鍵熱動系統儀控用戶電源的安全、穩定、連續運行，有效避免因儀控電源中斷引起的故障停機、停爐和高爐減風事故。