文档介绍：高炉系统UPS设置方案比较及分析
胡宏
(中冶赛迪电气技术有限公司设计部,重庆 400013)
摘要:设计UPS系统时,不仅要考虑其可靠性,而且要兼顾其经济性。本文针对UPS系统提出几种不同的设计方案,通过比较得出这些方案的优缺点,并指出容易忽视的问题;同时,结合冶金行业高炉的特点,提出UPS系统的配置建议。
关键词:不间断电源;冗余;供电方案;高炉
在冶金企业中,有很多场所需要设置UPS系统。UPS的大量应用,为工厂的PLC/DCS、重要仪表、关键设备、通信设备等特别重要的负荷提供稳定而高质量的电源。
本文以高炉为例进行研究。高炉系统的主体工艺系统包括原料直送、矿焦槽及上料、炉顶、炉体、出铁场、粗煤气除尘、煤气净化及TRT(炉顶煤气余压发电系统)、热风炉、炉渣处理、煤粉制备及喷吹、水处理、鼓风站、除尘和空压机等系统。由于系统多、范围广、各电气室相对独立且距离较远,故设置UPS时应考虑其特点,采用集中设置与分散设置相结合的方式。
目前工程中较典型的UPS供电方案主要有3种:单机UPS;1+1并联冗余UPS;冗余双总线UPS。按结构分类,UPS分为单变换器式和双变换器式,其中应用最为广泛的是双变换器式UPS,因此下面各方案均以双变换器式来讨论。
1 单机UPS
方案及特点
单机UPS供电方案,即一台UPS向负荷供电,其工作原理如图1所示。
从图1可以看出,在正常情况下,市电1(主电源)经AC/DC、DC/AC转换单元,输出纯正弦波,直接为负载供电;同时,直流电源还对蓄电池组充电。当市电1故障或失电时,由蓄电池组经DC/AC转换为负载供电。当市电1恢复正常时,若蓄电池组(后备时间一般为30~45min)电还未耗尽,则切换回来恢复市电1正常供电。当市电1尚未恢复正常而蓄电池组电已耗尽、负载过流或者机器本身故障时,静态开关1断开2闭合,切换到UPS交流旁路由市电2供电。
由于UPS在切换时会有环流产生,因此,通常对UPS设置有锁相同步功能,即通过锁相电路,使逆变器输出跟踪交流旁路电压频率和相位,以减小UPS切换到旁路过程中瞬态电压差产生的不利影响,抑制环流产生。但实际上,由于UPS输出与旁路电压频率和相位只能无限接近,因此切换过程中环流必然产生,只需采取一定措施将环流控制在一定范围内即可。
由于只有一台UPS向负荷供电,一旦该UPS出现故障,将立即影响负载供电;同时,检修规程要求,UPS运行一定时间后需要停电检修,这也要求UPS停电。因此,这种供电方案存在一定风险。
为解决以上问题,通常给UPS增加一个维修旁路,如图1中的虚线框所示。当UPS出现故障需要维修时,通过开关切换到手动维修旁路供电;同时,UPS退出系统。这样,很好地解决了UPS停电检修问题,在一定程度上缓解了UPS压力,提高了整个系统的稳定性。
这种方案的优点是结构简单,便于操作和维护;缺点是存在单点故障,稳定性有待提高。
应用及建议
高炉的一些子系统(如TRT、炉渣处理、煤粉制备及喷吹、水处理等)本身的UPS负载容量不大且电气室分布比较分散,因此,单机UPS供电方案在高炉这些子系统中应用较为广泛。在这些区域中,一旦UPS发生故障造成停机,最多只影响本系统供电,且发生故障后可以及时补救,不会对工厂生产造成大的影响。例如水处理系统中通常设有安全水塔和