论文部分内容阅读
[摘 要]焦化净化中控UPS电源，因厂家已停产，无备件可用，接临时220V电源。为保安全生产顺行，焦化厂采用两台20KVA UPS组成“1+1”并机系统加旁路柜的方式，解决了单台故障抢修、分机安全检修、主路检修、供电可靠性问题。成为公司内其他厂一级负荷控制系统电源系统改造的样本。
[关键词]UPS电源；故障；不停产；改造方案；自主设计
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0113-01
0 引言
河钢宣钢焦化厂净化作业一区中控DCS系统负责1#-4#焦炉，焦炉煤气净化回收系统的控制调节，由于区域内负荷及控制对象多为一级负荷，供电安全可靠性显得尤为重要。
1 改造技术方案
1.1 两台20kVA UPS之间实现并联模式供电，同步运行自动均分负载，如果一台检修，另一台承担全部负载且实现无扰动切换；
1.2 供电系统增加一个旁路柜，两台UPS同时出现故障或检修时，通过闭合旁路柜内的旁路检修开关保证外供煤气控制系统正常供电；
1.3 每一台UPS电源具备主路、副路、电池三路供电系统，两台UPS电源的六路输出，确保外供煤气控制系统正常运行。
2 UPS在线不停产切改自主设计
2.1 两台20kVA UPS之间并联模式的可行性分析
运行模式的选择需要综合考虑负载性质和净化作业一区机房UPS供电系统的总负载量。原有UPS的容量为20kVA，考虑到现场的使用采用新的20KVA的UPS，将来方便负载增加可以直接做成N+1并联冗余配电方案；原有UPS配电方式为三进单出的配电方式，需要采用并机供电，即六进一出的配电方式。
2.1.1 正常情况下，两台UPS同时运行，各承担50%负载；
2.1.2 如果其中一臺UPS遇到故障，该UPS将自动脱离并机系统，由另外一台UPS承担全部负载，提供持续、稳定、可靠的供电，不会因为某台UPS有故障而引起系统断电。
2.1.3 采用并机运行方式，系统稳定性高，容量高，并且系统无故障运行时间大于165万小时，远远高于采用一台UPS单机工作方式的无故障运行时间（30万小时）。
因此，考虑到机房系统的稳定运行，采用两台艾默生的NX系列的20KVAUPS组成“1+1”并机系统，是完全可取的。
2.2 自主设计方案增加一个旁路柜
NX系列机20KVA的UPS可提供手动控制维修旁路，当需同时关闭两台UPS进行日常保养和维修或两台UPS同时出现故障时，不中断负载电源情况下，可通过维修旁路柜的手动转换开关向整个煤气外供控制系统的负载供电，因此，增加一个旁路柜是有必要的。
当两台UPS同时检修时为煤气外供系统提供可靠的供电，方便了检修操作，提高了稳定性。
2.2.1 改造前UPS的供电方式（见图1）
原设计正常运行时负载由UPS1独自承担，UPS2作为UPS1的旁路输入处于待机状态，没有防止过载的能力。当UPS1逆变器发生故障时，由主路切到旁路供电，UPS2电源承担负载，保证煤气外供系统不受电网电压波动的影响，进一步降低因UPS电源故障造成吸气机停机的几率。缺点是当两台UPS同时检修或逆变器同时出现故障时，煤气外供系统的供电将中断，并且在短时间内难以恢复供电。
2.2.2 技术改造后UPS供电模式（见图2）
技术改造后，正常工作状态下两台UPS同时运行，各承担50%负载，这样提高了系统容量防止过载发生；如果一台UPS需要检修，另一台UPS将自动切换承担全部负载，它们之间可实现在线无扰动切换；考虑UPS同时检修时的旁路柜，通过闭合检修开关来进行供电方式的转换，保证外供煤气控制系统的正常运行。即使两台UPS同时出现故障，闭合旁路柜的检修开关就可以马上恢复煤气外供系统的供电。
2.3 实现在线不影响生产改造
宣钢煤气外供控制系统有7个系统柜，它们的220V电源是冗余配置，主路和副路同时供电，其中19#机架、PC1柜等其他设备都是主路单路供电。UPS故障时，临时接的220V电源带的是主路的全部负荷，在切改电源的过程中无法实现19#机架、PC1柜不停电的可能性，因为19#机架带的是X901、X902吸气机的供电，而PC1柜带的整个过程站的计算机监控，它们的停电直接影响吸气机的监控和运行，以及所有净化工艺的调节和监控，所以只能在系统全部停电的情况下切改UPS电源。
采用这种方案需要把供给UPS电源的主路和旁路空开全部断开，这样会导致控制系统全部停止运行，导致煤气外供中断。吸气机是靠油泵调节油路压力来控制转速的，正常运行的风机转速为5300转/分钟，只要不低于4700转/分钟油泵就不需要启动，而这段时间需要20秒左右，也就是说在20秒以内完成切改就不会造成外供煤气的中断以及荒煤气泄漏。
3 结语
焦化厂净化作业一区中控整个切改过程未超过20秒钟的时间，没有对宣钢煤气外供和生产作业区正常生产造成任何影响。中控大型DCS系统UPS电源自主设计、改造成为公司内部其他各厂借鉴的样本。焦化厂多次接待其他厂技术人员来学习、借鉴。
参考文献
[1] 张小霞.数据中心机房的UPS电源选型[J].电子世界，2011（23）.
[2] 李全义.UPS电源系统设计方案研究[J].电气应用，2012（15）.
作者简介
杨连儒（1973-）男高级工程师，计算机科学与技术专，本科毕业，现工作于河钢集团宣钢公司焦化厂，从事安全管理工作。
[关键词]UPS电源；故障；不停产；改造方案；自主设计
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0113-01
0 引言
河钢宣钢焦化厂净化作业一区中控DCS系统负责1#-4#焦炉，焦炉煤气净化回收系统的控制调节，由于区域内负荷及控制对象多为一级负荷，供电安全可靠性显得尤为重要。
1 改造技术方案
1.1 两台20kVA UPS之间实现并联模式供电，同步运行自动均分负载，如果一台检修，另一台承担全部负载且实现无扰动切换；
1.2 供电系统增加一个旁路柜，两台UPS同时出现故障或检修时，通过闭合旁路柜内的旁路检修开关保证外供煤气控制系统正常供电；
1.3 每一台UPS电源具备主路、副路、电池三路供电系统，两台UPS电源的六路输出，确保外供煤气控制系统正常运行。
2 UPS在线不停产切改自主设计
2.1 两台20kVA UPS之间并联模式的可行性分析
运行模式的选择需要综合考虑负载性质和净化作业一区机房UPS供电系统的总负载量。原有UPS的容量为20kVA，考虑到现场的使用采用新的20KVA的UPS，将来方便负载增加可以直接做成N+1并联冗余配电方案；原有UPS配电方式为三进单出的配电方式，需要采用并机供电，即六进一出的配电方式。
2.1.1 正常情况下，两台UPS同时运行，各承担50%负载；
2.1.2 如果其中一臺UPS遇到故障，该UPS将自动脱离并机系统，由另外一台UPS承担全部负载，提供持续、稳定、可靠的供电，不会因为某台UPS有故障而引起系统断电。
2.1.3 采用并机运行方式，系统稳定性高，容量高，并且系统无故障运行时间大于165万小时，远远高于采用一台UPS单机工作方式的无故障运行时间（30万小时）。
因此，考虑到机房系统的稳定运行，采用两台艾默生的NX系列的20KVAUPS组成“1+1”并机系统，是完全可取的。
2.2 自主设计方案增加一个旁路柜
NX系列机20KVA的UPS可提供手动控制维修旁路，当需同时关闭两台UPS进行日常保养和维修或两台UPS同时出现故障时，不中断负载电源情况下，可通过维修旁路柜的手动转换开关向整个煤气外供控制系统的负载供电，因此，增加一个旁路柜是有必要的。
当两台UPS同时检修时为煤气外供系统提供可靠的供电，方便了检修操作，提高了稳定性。
2.2.1 改造前UPS的供电方式（见图1）
原设计正常运行时负载由UPS1独自承担，UPS2作为UPS1的旁路输入处于待机状态，没有防止过载的能力。当UPS1逆变器发生故障时，由主路切到旁路供电，UPS2电源承担负载，保证煤气外供系统不受电网电压波动的影响，进一步降低因UPS电源故障造成吸气机停机的几率。缺点是当两台UPS同时检修或逆变器同时出现故障时，煤气外供系统的供电将中断，并且在短时间内难以恢复供电。
2.2.2 技术改造后UPS供电模式（见图2）
技术改造后，正常工作状态下两台UPS同时运行，各承担50%负载，这样提高了系统容量防止过载发生；如果一台UPS需要检修，另一台UPS将自动切换承担全部负载，它们之间可实现在线无扰动切换；考虑UPS同时检修时的旁路柜，通过闭合检修开关来进行供电方式的转换，保证外供煤气控制系统的正常运行。即使两台UPS同时出现故障，闭合旁路柜的检修开关就可以马上恢复煤气外供系统的供电。
2.3 实现在线不影响生产改造
宣钢煤气外供控制系统有7个系统柜，它们的220V电源是冗余配置，主路和副路同时供电，其中19#机架、PC1柜等其他设备都是主路单路供电。UPS故障时，临时接的220V电源带的是主路的全部负荷，在切改电源的过程中无法实现19#机架、PC1柜不停电的可能性，因为19#机架带的是X901、X902吸气机的供电，而PC1柜带的整个过程站的计算机监控，它们的停电直接影响吸气机的监控和运行，以及所有净化工艺的调节和监控，所以只能在系统全部停电的情况下切改UPS电源。
采用这种方案需要把供给UPS电源的主路和旁路空开全部断开，这样会导致控制系统全部停止运行，导致煤气外供中断。吸气机是靠油泵调节油路压力来控制转速的，正常运行的风机转速为5300转/分钟，只要不低于4700转/分钟油泵就不需要启动，而这段时间需要20秒左右，也就是说在20秒以内完成切改就不会造成外供煤气的中断以及荒煤气泄漏。
3 结语
焦化厂净化作业一区中控整个切改过程未超过20秒钟的时间，没有对宣钢煤气外供和生产作业区正常生产造成任何影响。中控大型DCS系统UPS电源自主设计、改造成为公司内部其他各厂借鉴的样本。焦化厂多次接待其他厂技术人员来学习、借鉴。
参考文献
[1] 张小霞.数据中心机房的UPS电源选型[J].电子世界，2011（23）.
[2] 李全义.UPS电源系统设计方案研究[J].电气应用，2012（15）.
作者简介
杨连儒（1973-）男高级工程师，计算机科学与技术专，本科毕业，现工作于河钢集团宣钢公司焦化厂，从事安全管理工作。