聚合UPS电源的运行与改造

【摘 要】介绍了新疆天业聚合UPS的工作原理及供电改造方案。

【关键词】聚合UPS；交流逆变器

1 UPS电源

所谓的UPS电源是一种不间断电源供电系统，当市电停电时能够替代市电持续供电的设备。含有储能装置设备，后备能量由电池组提供，由于系统智能化程度较高，反应速度及快，在停电瞬间几毫秒内没有中断时间继续供电。供电系统的可靠性对企业的安全生产和长期稳定运行是至关重要的，目前化工产业自动控制系统基本上都采用UPS电源供电，是一种含有储能装置的，以逆变器为主的恒压、恒频的不间断电源。主要用于多台计算机、为计算机网络系统提供不间断的电源。当市电正常时，UPS 将市电稳压后供应给控制系统使用，此时的UPS相当于一台交流市电稳压器，同时它还向电池组充电；当市电事故停电时， UPS 立即将电池组的电能，通过逆变器转换的方法向负载提供220V交流电，使负载维持正常运行，保护企业的控制系统和软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压太高和电压太低都有保护作用。但是，在我们实际使用过程中UPS的运行仍然存在一些不足之处需要进行完善和改进。

2 电源组成及电池作用

UPS电源由4部分组成：整流、储能、变换和开关控制。系统的稳压功能是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流元器件，本身具有根据市电的变化控制输出幅值的功能，从而当市电发生变化时，该设备可以满足系统要求，输出幅值基本不变。净化功能由储能元件电池组来完成，由于整流器对瞬间脉冲的干扰不能消除，整流后的电压仍存在脉冲谐波。储能电池除了可以存储直流电能外，对整流器来说相当于一只大容量的电容器，其等效电容量的大小，和储能电池组的容量大小成正比。由于电容两端的电压不能突变的特性，利用了电容器对脉冲的平滑特性，消除了脉冲干扰，起到了净化电路系统的功能。频率的稳定是由变换器来完成的，频率稳定的程度取决于变换器振荡频率的程度。

3 电源工作过程

当市电正常380VAC时，直流主回路有直流电压，供给DC-AC交流逆变器，输出稳定的220VAC交流电压，同时市电经整流后对电池组充电。当电网欠压或突然掉电时，则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路输送电能。从电网供电到电池供电几乎没有切换时间。当电池能量快要耗尽的时候，UPS电源发出声光报警，并在电池放电下限点停止逆变器工作，长鸣报警，报警声音速度加快。不间断电源还有过载保护功能，当发生过负荷时，跳到旁路状态，并在负载正常时自动返回。当发生严重超载时，UPS电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态，此时前面输入空气开关也可能跳闸。故障消除以后，只要合上开关，重新开机即开始恢复工作

4 UPS电源的使用

一般负载都在启动瞬间存在冲击电流，而UPS内部功率元件都设有一定的安全工作区范围，尽管这些电子器件在设计上都留有一定的余地，但是太大的冲击电流会缩短元器件的使用寿命，甚至造成电子元器件损坏，因此，在使用时应尽量减小冲击电流带来的损坏

当UPS工作在旁路的时候，抗冲击能力比较强，可以利用它的这一优点在开机时采用以下方法进行，首先送电给UPS，使UPS处于旁路工作状态，再依次合上负载开关，先合上冲击电流较大的负载，再合上冲击电流较小的负载，再将UPS面板开机，使其处于逆变工作状态，开机时不要将所有负载同时开启，也不能带负载开机。关机时，依次关闭负载，再将UPS面板关机，使UPS处于旁路工作而充电器继续对电池组充电，如果不需要ups输出，直接将UPS关机，再将输入的市电断开。

5电网异常情况

使用不间断电源是为了应对电网可能出现的以下情况：

停电（电网停止工作，无电压输出）

压降（也称下陷，电网电压低于标称电压15%-20%，时间可能持续数秒）

电涌（也称浪涌、突波，电网电压瞬间高于标称电压1 0%以上，时间持续数秒）

持续欠电压

持续过电压

线噪（由于线路屏蔽差而引入的射频或电磁干扰）

频率漂移（由于发电机不稳定造成的电网频率偏差）

开关瞬态（也称暂态，由电气设备开关或放电造成的电压偏差，有时可高达20000伏，但是持续时间极短）

谐波（电网中由非线性特性的电气设备产生的对交流电正弦波形的干扰）

6 UPS供电改造

针对以上情况和我公司DCS系统的机柜间供电的UPS电源现状，为了保证供电的安全可靠，能够安全可靠运行、较长时间的应付外线失电后的特殊情况，保证生产装置的平稳停车。将对现有状态做一改造。

聚合UPS供电现状

以上为常规的UPS供电方式，当市电故障后，UPS自动切换到备用电池供电方式，供电时间看电池的蓄电容量，聚合原设计供电时间为1小时，38AH/12V蓄电池；正常工作状态时可选择旁路，市电直接接入负载，也可以选择逆变之后接入负载运行。

7改造方案：

这种方案是在现有基础上，增加一台UPS电源，采用串联热备的方式，无论任何情况下，主机工作，当主机故障时，将自动切从机，保证了持续供电的能力，并且将原来电池的设计1小时容量改为现在1.5小时容量，两台UPS在市电断电情况下，可连续供电超过2小时，并通过智能通信接口及监控软件显示UPS电压，频率、负载，温度等实施状况信息，在市电中断后显示到计时关机时间，并在电池耗尽前安全自动关闭系统级UPS电源，从而保证了安全应急处理的时间。

对比以上可以看出，双机串联热备方案符合化工公司安全应急的实际需求，比原来供电方式可靠性更高，持续供电时间更长，为化工生产起到保安求稳的目的，为公司的安全发挥特有作用。

8 结束语

该项目投产建成进几年时间，经过多次模拟停电试验均可达到要求运行稳定可靠，在规定的切换实际内正确启动，保障了项目装置的可靠性及人身安全，并在国内化工领域首次成功应用

注：作者身份证号620103197807072630