基于DCS系统的UPS电源供电的配置

某化工企业的化工操作、监视、控制都采用DCS系统，如何向DCS系统提供高质量、安全可靠的电源就显得非常重要。该厂采用UPS向DCS系统供电，UPS系统由整流模块、充电模块、蓄电池、逆变模块、自动旁路开关、手动维修旁路开关等组成，UPS可以向DCS提供高质量、安全可靠的电源，保证化工生产的安全、稳定、可靠。

该厂对DCS系统输入、输出点数比较少，采用双交流进线单UPS供电方式，对DCS系统输入、输出点数多，采用双交流进线双UPS并机供电方式。

UPS系统的工作原理：将供电质量较差的厂用电源首先经整流装置变换成直流电源,一路经充电模块向蓄电池充电，另一路采用高频脉宽调制(SPWM)法在逆变装置内重新将直流电源变成纯正的高质量的正弦波电源向负载供电。当交流工作电源消失或整流装置等元器件故障时,由蓄电池组经电池开关向逆变装置供电。当逆变装置故障输出电压异常或过载时,则切换到自动旁路开关由厂用电直接向负载供电。

1、双交流进线单UPS接线

双交流进线单UPS供电接线如图1所示：图中正常情况下，由交流输入1向UPS供电，当交流输入1有故障时，自动切换到交流输入2向UPS供电，交流电源1和2进行电路联锁。

                                                                                                                                                                           图1 双交流进线单UPS供电接线

UPS正常工作状态下，按“交流输入1—整流—逆变—负载”的运行方式工作;当整流器模块有故障时，按“蓄电池—逆变—负载”的运行方式工作;当蓄电池放电完毕以后自动切换到由自动旁路开关向负载直接供交流电;当逆变器模块有故障时，按“交流输入1—自动旁路开关—负载”的运行方式直接向负载供厂用电;当UPS有严重的故障需维修或更换时，按“交流输入1—手动维修旁路开关”的运行方式向负载供厂用电，这时UPS被短接，可以交出检修或更换，而不影响负载的正常供电。

2、双交流进线双UPS并机供电方式

双交流进线双UPS并机供电方式如入2所示：通过将两台具有相同功率的UPS的输出直接并联起来，要求并联两台UPS的输出电压相同、频率相同、相位相同并所带的负荷电流大小基本平衡。

图2 双交流进线双UPS并机供电方式

在双UPS并机系统正常运行时，两台UPS各带1/2的负荷电流，一台UPS发生故障，则由另一台带所有的负荷，但必须降负荷使用。这种并机双UPS系统的平均无故障时间是单机系统的7～8倍，从而大大提高了系统的可靠性。但是双UPS并机系统的2台UPS之间的控制有一定的联系，操作时一定要弄清楚并机板的控制逻辑，不然会因操作不当而引起并机板误判断造成输出电压下陷，对负荷造成不良影响。

3、UPS使用注意事项

(1)UPS在选配上要留一定余量，如4KVA的负载，UPS的应配置5KVA以上。

(2)UPS应避免频繁开、停机，最好在长时间开机状态。

(3)要定期检查UPS，每月检查一次浮充电压，如浮充电压低于2.2V，应对整组电池进行均衡充电。

(4)新购的UPS应进行充放电，这样有利于延长UPS电池的使用寿命。一般采用恒压充电，充电初始电流不得大于0.5*C5安培(C5可以用电池的额定容量计算出)，每个电池的电压控制在2.30～2.35V，以免损坏电池。充电电流连续3小时不变，证明电池已充足，一般充电时间为12～24小时。

(5)要经常用软布擦试电池，以保持电池表面清洁。

(6)UPS运行过程中的温度控制，因使UPS运行过程中温度范围控制在20℃～25℃内，以延长UPS蓄电池的使用寿命。在没有空调的环境中，UPS的温度控制尤为重要。

(7)外接电池组至UPS的距离尽量短，导线的截面积应尽量大，以增大导线的导电量，减少线路上的电能损耗，尤其是大电流工作时，线路上的损耗更不可忽视。

(8)UPS在使用后应立即进行充电，使电池恢复到正常状态。

(9)如厂用电一直正常，UPS就没有工作的机会，其电池在长期浮充状态有可能损坏，应定期对UPS进行充放电，这样不仅可以活化电池，也可检验UPS是否处于正常工作状态。

4、UPS的日常维护及一般故障处理

4.1 日常维护

(1)每天查看UPS操作显示屏，确认UPS电源的运行状态模拟指示灯是否在正常运行状态。(2)用耳听UPS电源是否有异常响动，主要是功率模块及隔离输出变压器的冷却风扇，以及变压器是否有异常的震动声音。(3)检查UPS电源的排风口有无堵塞现象。(4)每周在UPS电源的显示屏查看电池的浮充电压、UPS的输出电压、电流，并作好记录，与以前数据进行比较，如数据变化比较大，则应及时查明原因。

4.2 一般故障处理

当UPS电源在运行过程中出现报警时，切勿慌乱操作UPS的任何开关和按钮，以免将事故扩大甚至造成UPS输出中断。UPS电源出现报警时，首先应看清显示面板上的状态指示灯及液晶显示屏的提示。

UPS具有自诊断功能，一旦出现故障会通过状态指示灯、液晶显示屏提供故障类型、故障时间等信息。待看清状态指示灯及液晶显示屏提供故障类型提示后，再根据不同的故障类型进行进行相应的处理。UPS运行过程中，经常出现以下几种故障。

(1)交流厂用电故障，也就是交流输入停电或出现大范围的波动，UPS出现该告警时，同时出现电池放电告警信息，此时UPS面板状态指示灯的交流输入灯熄灭，电池放电灯亮。处理办法首先要确定是否交流厂用电故障，检查UPS输入开关是否跳闸、保险是否熔断。如确为厂用电故障，在不知道恢复时间的情况下，把不重要的负载切除，以保证重要负载的不间断供电。

(2)旁路失效，出现该报警信号时，一般应同时出现逆变器不同步报警信号。这表明输入的厂用电的电压、频率超出设定范围，但满足整流器要求，这时逆变器自起振，不再跟踪旁路。这时不能再起动大容量负荷，以免冲击逆变器。

(3)逆变器故障，出现该报警的同时，出现自动旁路开关带载告警，首先确认在面板上是否同时出现逆变器超载报警，如有，查看液晶显示屏上的输出电流，如超过额定电流，则关闭不重要的负荷，直到输出电流小于额定输出电流，然后按复位键消除报警后，重新启动逆变器并输出。如没有超载报警信号，说明逆变器不是因为冲击电流而保护关闭，而是IGBT器件或驱动控制有故障，应及时通知厂家进行维修。

5、结束语

只要UPS电源配置合理，日常注意维护和保养，做到防患于未然，就可以使UPS运行稳定、可靠，从而向DCS系统安全、可靠、高质量地供电，确保化工生产的安全、稳定、长周期地运行。

参考文献

[1] SALICRU UPS用户操作手册. [2] 张国光.UPS使用注意事项.现代通讯[J]，2004.8