UPS供電方式方案

1、UPS供電方式方案2011年1月13日某化工廠160kVA雙機(jī)冗余UPS內(nèi)部短路跳閘導(dǎo)致所帶全 部負(fù)載失電，下游部分裝置停車，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)此次事故，為避免UPS故障停機(jī)造成所帶儀表、計(jì)算機(jī)、 DCS等設(shè)備 失電影響生產(chǎn)，現(xiàn)對(duì)上述裝置的 UPS供電方式及供電方案進(jìn)行分析。研究改善 目前的儀表UPS供電系統(tǒng)，以減少因UPS電源故障造成的控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)儀表 失電停車。一、上述裝置UPS電源現(xiàn)狀見附表1:重要裝置UPS設(shè)備情況二、UPS供電方案1 ）方案一：雙機(jī)冗余供電方案UPS不間斷電源的主要作用就是在系統(tǒng)電源故障情況下，儀表的控制系 統(tǒng)、操作系統(tǒng)在UPS電池組的后備時(shí)間內(nèi)仍能處于正常工

2、作狀態(tài)。同時(shí)，當(dāng) UPS內(nèi)部故障時(shí)，也可通過來自系統(tǒng)電源的旁路保證儀表設(shè)備的正常工作。根 據(jù)石化行業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況，一些重要裝置采用單機(jī) UPS可靠性相對(duì)較低，不是 所有UPS內(nèi)部故障均能可靠切換到旁路或電池供電，一旦單機(jī) UPS出現(xiàn)嚴(yán)重的 內(nèi)部故障，將嚴(yán)重威脅裝置的安全運(yùn)行，使用雙機(jī) UPS可大大提高儀表電源可 靠性。采用冗余”式運(yùn)行方式，即兩臺(tái)UPS之間通過并機(jī)板或并機(jī)線實(shí)現(xiàn)相互通訊，針對(duì)可能發(fā)生的各種故障，按機(jī)器內(nèi)部的程序設(shè)置進(jìn)行雙機(jī)或單機(jī)切換，每臺(tái)UPS的額定容量能夠滿足長(zhǎng)期帶全部負(fù)荷的要求。其配置方式為：1#UPS2#UPS工作電源分別取自變電所I、II段母線。旁路電源與維修旁路電源取

3、自變 電所同一段母線，兩臺(tái)UPS共用一個(gè)旁路電源。1#、2#工作電源經(jīng)兩臺(tái)UPS濾 波、整流、逆變之后輸出至配出柜的匯流母排，經(jīng)空氣開關(guān)由一條電纜送至儀表電源柜，兩臺(tái)UPS均分負(fù)載。雙機(jī)冗余UPS運(yùn)行方式:1 .外部電源及UPS正常的情況下，兩臺(tái)UPS整流一逆變運(yùn)行，兩臺(tái)UPS均 分負(fù)載。2 .當(dāng)1#UPS工作電源故障后，1#UPS轉(zhuǎn)為蓄電34供電，2#UPS正常運(yùn)行， 由兩臺(tái)UPS均分負(fù)載。3 .當(dāng)兩臺(tái)UPS工作電源均失電時(shí)，兩臺(tái)UPS均轉(zhuǎn)為蓄電池供電，均分負(fù) 載。4 .當(dāng)兩臺(tái)UPS工作電源均失電，且兩臺(tái)UPS電池組先后達(dá)到電壓下限時(shí)， UPS轉(zhuǎn)為旁路運(yùn)行，由一個(gè)旁路電源供電。此時(shí)，若旁路電

4、源故障或旁路回路 電氣元件故障，負(fù)載將失去電源。2）方案二：雙機(jī)非冗余” UP供電目前熱電廠使用雙機(jī)但相互獨(dú)立的兩臺(tái) UPS為儀表電源供電。其配置方式 為：1#UPS工作電源取自變電所I段母線，旁路電源與維修旁路電源取自變電所 對(duì)側(cè)母線；2#UPS工作電源取自變電所II段母線，旁路電源與維修旁路電源取 自變電所對(duì)側(cè)母線；兩臺(tái) UPSf互獨(dú)立，不需并機(jī)板或通訊線。兩臺(tái) UPS經(jīng)兩 條回路分別輸出至儀表電源柜中的兩個(gè)電源模塊。每臺(tái)UPS針對(duì)可能發(fā)生的各種故障，按UPS內(nèi)部的單機(jī)程序設(shè)置進(jìn)行切換，每臺(tái) UPS的額定容量均滿足長(zhǎng) 期帶全部負(fù)荷的要求，供電方式見附圖。儀表分電盤雙機(jī)非 冗余” UPS1行

5、方式：1 .外部電源及UPS正常運(yùn)行的情況下，兩臺(tái)UPS整流一逆變運(yùn)行，兩臺(tái) UPS均分負(fù)載。2 .當(dāng)1#UPS工作電源失電時(shí)，車為蓄電池供電，2#UPS正常運(yùn)行，兩臺(tái) UPS均分負(fù)載。3 .當(dāng)1#UPS內(nèi)部故障時(shí)，1#UPS可切換至旁路運(yùn)行；若旁路切換失敗，轉(zhuǎn) 為2#UPS帶全部負(fù)載運(yùn)行。3）方案三：雙機(jī) 冗余” UPS；電，增加一路常規(guī)電源及 STSII置在方案一的基礎(chǔ)上，增加一路常規(guī)電源及一套STSII置，即 冗余” UPS源及常規(guī)電源輸出至ST*置，由STSS出至負(fù)載。CB4SCR1CB3輸出冗余UPS CB1常規(guī)電源CB2SCR2CB3ACB5STSSTS工作原理：STS的主回路由輸

6、入開關(guān)CB1、CB2,互為冗余的輸出開關(guān)CBa CB3A xx維修開關(guān)CB4 CB5以及由可控硅（SCR構(gòu)成的靜態(tài)切換開關(guān)組成。STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)是用來實(shí)現(xiàn)兩路交流電源之間進(jìn)行不間斷轉(zhuǎn)換，在一路輸入電源發(fā)生故障或需要檢修、測(cè)試時(shí)實(shí)現(xiàn)從一路電源到另一路電源之間不間斷地轉(zhuǎn)換，同時(shí)禁止所接入的兩路電源之間產(chǎn)生回流。當(dāng)兩路交流電源的幅度、頻率和相位差應(yīng)控制在一定小的范圍內(nèi)時(shí)，STS勺切換時(shí)間可以小于5ms;當(dāng)兩路交流電源的幅度、頻率和相位差超出所控制的范圍內(nèi)時(shí)，STS勺切換時(shí)間可以小于20ms;為了確保正確運(yùn)行，當(dāng)ST咕部出現(xiàn)故障時(shí)，設(shè)備會(huì)保證其中一路繼續(xù)輸出為負(fù) 載供電，并嚴(yán)格禁止兩路同時(shí)供電或斷電

7、的現(xiàn)象發(fā)生。此次方案增加STSg置，兩路電源其中一路 冗余” UPS源為優(yōu)選源，另一 路常規(guī)電源為備選源。當(dāng)兩路電源都正常的時(shí)候，冗余 UPS電源一側(cè)的靜態(tài)開 關(guān)接通，STS冗余” UP盅源提供給負(fù)載，而備選源一側(cè)的靜態(tài)開關(guān)則隨時(shí)處于待命狀態(tài)。當(dāng)優(yōu)選源出現(xiàn)異常，靜態(tài)切換開關(guān)將迅速地實(shí)現(xiàn)切換，將備選源提供給負(fù)載。4）方案四：雙機(jī)UPS各帶一半負(fù)載供電運(yùn)行方式與方案二類似，其配置方式為：1#UPS工作電源取自變電所I段母 線，旁路電源與維修旁路電源取自變電所對(duì)側(cè)母線；2#UPS工作電源取自變電所II段母線，旁路電源與維修旁路電源取自變電所對(duì)側(cè)母線；兩臺(tái)UPS相互獨(dú)立，不需并機(jī)板或通訊線。兩臺(tái) UP

8、S經(jīng)兩條回路分別輸出至儀表電源柜中的兩 個(gè)電源模塊，每個(gè)儀表電源模塊各帶一半負(fù)載。每臺(tái)UPS針對(duì)可能發(fā)生的各種故障，按UPS內(nèi)部的單機(jī)程序設(shè)置進(jìn)行切換。雙機(jī)UPS各帶一半負(fù)載運(yùn)行方式：1 .在外部電源及UPS正常運(yùn)行的情況下，兩臺(tái)UPS整流一逆變運(yùn)行，兩臺(tái) UPS各自承擔(dān)其所帶儀表電源模塊的負(fù)載。2 .當(dāng)1#UPS工作電源故障時(shí)，1#UPS轉(zhuǎn)為蓄電池組供電；2#UPS正常運(yùn) 行，兩臺(tái)UPS各自承擔(dān)其所帶儀表電源模塊的負(fù)載；當(dāng)1#UP喘電池組達(dá)到電壓下限時(shí)，1#UPS自動(dòng)轉(zhuǎn)為旁路運(yùn)行。3 .當(dāng)1#UPS內(nèi)部故障時(shí)，1#UPS切換至旁路運(yùn)行；若旁路切換失敗， 1#UPS所帶儀表電源模塊的負(fù)載失電，

9、2#UPS所帶儀表電源模塊的負(fù)載正常工 作。三、UPS方案特點(diǎn)對(duì)比1 ）優(yōu)缺點(diǎn)1 .方案一雙機(jī)冗余” UPS電：優(yōu)點(diǎn)：若一臺(tái)UPS內(nèi)部故障，儀表電源將不受任何影響，由另外一臺(tái)UPS帶全部負(fù)載。缺點(diǎn)：UPS操作相對(duì)單臺(tái)UPS復(fù)雜。UPS冗余切換設(shè)計(jì)依靠通訊及軟件控制，煉 油廠曾發(fā)生冗余UPS切換失敗，兩臺(tái)UPS跳閘事故。由于輸出至儀表DCSM柜僅為一條供電電源，當(dāng)任一臺(tái) UPS輸出回路短路 或輸出電纜故障時(shí)，將造成兩臺(tái) UPS全部跳閘，供電中斷，類似上述化工一廠 事故。2 .方案二雙機(jī)非 冗余” UPS電：優(yōu)點(diǎn)：操作相對(duì) 冗余” UPS&單，不影響另一臺(tái)UPS運(yùn)行，儀表電源模塊冗余， 操

10、作風(fēng)險(xiǎn)小。由于兩臺(tái)UPS分布兩個(gè)地點(diǎn)，減少同一環(huán)境等外界因素帶來的影 響，并且分別采用電纜連接至儀表 DCS機(jī)柜為其供電，若一臺(tái)UPS內(nèi)部故障或 輸出電纜故障導(dǎo)致停機(jī)，DCS電源模塊采用冗余設(shè)計(jì)，無故障的 UPS仍有輸 出，不影響正常的生產(chǎn)。3 .雙機(jī) 冗余” UPS電，增加一路常規(guī)電源及 STSII置：優(yōu)點(diǎn)：若 冗余” UPS障失電，將由另一路常規(guī)備用電源通過 STSII置自動(dòng)切換， 帶全部負(fù)載，提高供電可靠性，由于 UPS及常規(guī)電源來自于不同地點(diǎn)，切換正 確能避免UPS饋出全停電事故的發(fā)生。缺點(diǎn)：增加STSII置在電氣側(cè)，投資較大。由于 ST喀量較大，設(shè)備復(fù)雜，增加 較多切換環(huán)節(jié)，故障率也相應(yīng)增加，另 STSII置輸出至儀表DCS柜僅為一條 供電電源（一條電纜），輸出電纜或電源故障也將影響生產(chǎn)，未從根本解決DCS等重要負(fù)載雙電源問題。4 .方案四：雙機(jī)UPS各帶一半負(fù)載供電優(yōu)點(diǎn)：兩臺(tái)UPS采用雙回路為儀表DCS機(jī)柜供電，若一臺(tái)UPS內(nèi)部故障或輸出電 纜故障導(dǎo)致停機(jī)，故障UPS所帶DCS電源模塊的負(fù)載失電，無故障的 UPS所帶 DCS電源模塊的負(fù)載仍可正常運(yùn)行，UPS故障對(duì)生產(chǎn)裝置的影響減少一半。缺點(diǎn)：任何兩臺(tái)UPS中的任何一臺(tái)UPS發(fā)生故障斷電后，必會(huì)對(duì)生產(chǎn)裝置造成影 響。四、總結(jié)通過三個(gè)方案的分析對(duì)比