基于工厂环境的UPS选型探讨

摘 要 在工业生产环境中，UPS的应用范围比较广泛，像仪表类负载、重要电气监控设备、重要装置监控系统等均在UPS供电范围之内。在此前提下，选择合适的UPS就显得尤为重要。

关键词 构成；分类；选型；分析；应用

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0079-01

UPS（Uninterruptible Power Supply Systems），顾名思义就是不间断电源系统。基于工厂设备的运行方式，UPS主要应对的是中大型计算机或现场微机控制系统在运行中，由于电网环境或电能质量问题造成的失电，进而影响现场生产设备的情况。作为重要的供电保障设备，他可以保障计算机控制系统在停电后工作一段时间，保证数据的监视、存储和系统的调节不被中断，使负载不致因停电影响工作或丢失数据。

目前，在工业生产环境中，ups的应用范围比较广泛，像仪表类负载、重要电气监控设备、重要装置监控系统等均在UPS供电范围之内。在此前提下，选择合适的UPS就显得尤为重要，一方面，可以保证重要负载的持续供电，保证生产的平稳；另一方面，还可以减少高次谐波的产生，降低对微机设备的谐波干扰，提高系统电能质量。在此本文将就UPS选型问题进行分析与大家探讨。

1 UPS的构成及分类

1.1 UPS的构成

UPS的主要构成有五个部分：主回路、旁路、整流器、逆变器和电池。

1.2 UPS的分类

通常UPS按工作原理分为后备式、在线式和互动式，按联机运行方式分为单机、双单机和并机，按工作环境又分为工业级和商业级，日常前两种最为常见，而最为合理的运行方式则需依照现场条件的要求选取。

2 选型原则

基于工厂的现场环境及负载运行要求，综合考虑设备稳定性要求，UPS选取一般主要考虑工作环境（外部环境）、系统供电方式、工作原理、负载率、总装机容量及后备时间，在最大限度保证设计寿命的情况下，最后考虑综合投资和维护成本。

2.1 工作环境

相对其它地点，工厂的外部环境一般较差，工业级UPS因其对环境要求相对较低、对恶劣的适应能力强的特点，更适宜工厂非恒温、大湿度、高粉尘、多震动的运行环境。在同等条件下，运行的稳定性和使用寿命要大于其他级别的UPS。

2.2 工作原理及系统供电方式

工厂生产环境对控制系统供电要求较高，一般均采用在线式UPS。

如果需要配备UPS的设备比较集中，大多采用UPS集中式供电，即选用容量相对较大的一台或两台UPS组成系统配载所有负荷。在工厂中由于现代化程度日趋提高，DCS控制成为主要的调节管理方式，这就使工厂的UPS供电配置区别于其它单位的分散式供电，大多采用集中式的管理。

2.3 负载率及装机容量

通常情况下，为保证设备的安全、稳定、长周期运行，兼顾最佳经济运行，单机UPS负载率均不宜超过单机负载总量的70%；而双机运行请况下，考虑其中一台发生故障后，负载切换至另一台的负载总量不大于70%，平均考虑单台不宜大于35%。而参考负载的总量，综合分析保护的要求和经济运行方式，装机容量宜大于负载总容量的150%，具体情况仍需依照设备功率因数、扩容、区域设备改造等具体情况分析考虑。

2.4 后备时间

非特定要求时，工业级UPS后备时间均为90 min。在一些特殊设备的供电要求方面，需要我们考虑延长UPS的后备时间。一般采取两种方法：

1）外接大容量电池组，但该方法会造成初期投资较大，充放电时间、安装占地、维护成本也会大幅增加，故应妥善考虑；

2）兼顾设备扩容的考虑和平稳运行的要求，可选择容量较大的UPS，但也应有安装空间和经济运行的考虑。

3 分析计算

计算UPS容量时，一般采用逆推的方法，也就是先了解负载量，再推算UPS容量。在线式UPS的容量计算可以参考以下公式（1）：

P=（1+μ）·W/0.8（1）

其中：P—UPS容量；

W—负载总量；

μ—裕量系数。

由以上公式进而可以推算出电池容量选择参考公式（2）：

Ih=Tn·W/Un（2）。

其中：Ih—电池单位时间放电电流；

Tn—后备时间常数（小时数）；

W—负载总量；

Un—额定直流电压。

由上述公式，我们可以分别计算出所需UPS容量及指定时间下的电池容量，其中电池容量计算为小容量UPS参考，大容量UPS需核定电池放出容量方能计算。

4 应用举例

某厂，延迟焦化装置现场新建DCS控制室需选用UPS为仪表控制系统及现场监控装置供电，且要求正常情况下仪表电源供电不能受电网供电影响，特殊情况下要保证2小时的自动化设备操作保障时间。

对UPS运行来说，延迟焦化装置现场环境较为恶劣，高温、高湿、高粉尘，即便是在室内，也无法达到商业及UPS对环境要求的苛刻标准，故须选择工业级UPS。而仪表设备对供电要求的条件很高，不同的后备式UPS又存在4 ms-10 ms的切换时间，因此只能选择在线式UPS方能满足要求。

据统计现场需UPS供电的负载约48 kW，且集中在DCS室内，该地点电网电压AC240V，负载需求电压AC240V。同时考虑装置扩建的可能性，设定增容裕量系数0.2。

由上述条件，我们可以分析得到以下数据：

所需UPS容量引用公式（1）为：

P=（1+0.2）·48/0.8=72 kVA

依照现场供电要求，在充分考虑安全运行、综合考虑投资和维护的情况下，应选用双机UPS，结线方式可采用双单或并机。此种情况下，需平均分配负荷，即单台负载P/2，单台容量为36 kVA，受限于设备规格，最佳设备容量选择单台为40 kVA。

因此，配套电池组需电池240/12=20节，容量为180 Ah。

综上所述，最终方案确定为选用工业级40 kVA在线式UPS，并机结线、集中式供电，配套两组180 Ah电池各20节。

5 小结

基于工厂仪表控制设备对UPS供电的要求，合理选择UPS就成为了控制设备安全、平稳运行的前提条件，而合理选择UPS本身，又能保证在最少的投资下，获得最经济的运行维护服务，同时还能保证UPS设备长周期，高寿命的运行。

参考文献

[1]张颖超、杨贵恒、常思浩，等.UPS设计技术—UPS原理与维修[M].化学工业出版社，2011.

[2]周纪海、纪爱华，等.UPS应用与故障诊断[M].中国电力出版社，2010.

[3]张乃国.UPS供电系统应用手册[M].电子工业出版社，2005.

[4]李成章.现代UPS电源及电路图集[M].电子工业出版社，2012.

[5]王其英.ups不间断电源剖析与应用[M].科学出版社，1996.

作者简介

韩子石（1982-），男，天津市人，中石化股份天津分公司炼油部，工程师，研究方向：UPS系统应用。