扬子石化南京电仪分公司 210048
摘要：针对石化企业供电负载的特性，阐述了UPS型式、选择产品的注意点，分析了电池容量的计算。
关键词：石化企业；UPS；配电方式
1 引言
石化装置生产特性是连续化大规模，加工处理的介质为易燃易爆物质。供电的重要负荷均为一二级负荷，突然停电有可能在经济效益和社会效益上产生严重损害的后果。当前石化企业自动化水平呈日益上升的趋势，企业对于高度自动化仪表控制技术的依赖程度越来越强，因此对重要装置的供电品质和可靠性要求可想而知。
UPS电源基本功能就是稳压、滤波、不间断，其在高危的石化企业中得到广泛应用。充分重视UPS的科学合理的选择配备，不仅能够对企业项目投资实现科学的控制，对于可靠供电，保障企业的稳定运行来说，具有着十分积极的意义。
2 UPS的选择
2.1 石化企业需要设置UPS供电的仪表和控制系统范围
石化企业需要设置UPS供电的重要负荷有：
（1）安全仪表（联锁）系统（SIS）；
（2）分散型控制系统（DCS）、可编程程序逻辑控制器（PLC）、监控和数据采集系统等；
（3）石油化工生产装置、重要的共用工程系统及辅助生产装置的仪表及自动控制系统；
（4）装置现场，与操作和安全相关的重要在线分析仪表；
（5）火灾及可燃气体和有毒气体检测系统（FGS）。
SH/T 3082-2003《石油化工仪表供电设计规范》明确规定：“仪表及控制系统的用电负荷按SH3038‘石油化工企业生产装置电力设计规范’规定 属于一级负荷中特别重要负荷。这类负荷当供电中断时，为确保安全停工及处理事故，不致造成设备损坏和人身伤害事故，不致造成重大经济损失，需要设置 UPS。”
2.2 容量选择
根据我国相关规范，对于工作电源而言，UPS容量需要按照企业不同类型仪表耗电综合的1.2倍进行计算，而如果其为企业的备用电源，则可以按照1.5倍进行计算。在现有资料中，有给出的数据为UPS实际容量需要为所选容量的80%。以某企业为例，其共有20台20kV·A以上的UPS，通过对这部分UPS的负荷测量，负荷率都在20%以下。该种情况之所以出现，很大一项原因就是仪表在实际对企业用电负荷进行计算时不够准确，由于容量过大而使UPS长期由于处于低负荷运行状态而对其寿命产生影响。对于此种情况，就需要企业电力人员能够对负荷情况进行再一次的校核，并保证选择系数在1.1-1.25之间，以此保证选择出更为合理的设备容量。
2.3型式选择
当前技术成熟并已形成产品的各种UPS，就其主电路结构和不停电供电运行机制来看，有三种类型，既被动后备式、在线互动式和双变换式（在线型），每种类型的UPS的工作原理是不一样。
一、后备式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电超出其工作范围或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。没有稳压，有切换时间，且输出波形一般为方波
二、在线互动式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电偏低或偏高时，通过UPS内部稳压线路稳压后输出，当市电异常或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：有稳压，但同样存在切换时间。
三、双变换式（在线型）UPS在市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，在市电异常时，逆变器由电池提供能量，逆变器始终处于工作状态，保证无间断输出。其特点是，有极宽的输入电压范围，基本无切换时间且输出电压稳定精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高。目前，功率大于3KVA的UPS几乎都是在线式UPS。
后备式和互动式UPS存在电源故障时由蓄电池组供电，切换时间较长，不能满足石化工业使用高要求。双变换式UPS是目前石化企业中使用最普遍的一类UPS。
2.4 指标选择
中石化集团公司有关文件的要求，选择的UPS基本参数至少满足下列条件：
输入电源质量指标：输入电压：三相380V±15%或单相220V±15%；
输入频率：50Hz±2.5Hz。
输出电源质量指标：输出电压：220V±5%；
输出频率：50Hz±0.5Hz；
输出波形失真率：小于5%。
输出电源瞬间断电时间应小于等于20ms。
输出瞬时电压降小于10%。
输出谐波失真率：THD<3%。
MTBF≥150，000小时.
上述参数，事实上，当前各品牌的UPS在这些指标方面都已达到了很高的标准，对满足负载的要求来说，已绰绰有余。值得注意的是，厂家多以这些指标的高标准做为自己品牌的UPS的质量标志，相应地用户常常被误导，以为高指标及高品质。
笔者认为在选择UPS时，应明确以下三个方面内涵。1.就影响电网供电质量的输入功率因数来说，尤其是在大容量范围时，一般传统双变换型UPS的标配功率因数大都在0．8左右，这就造成了约有30％的谐波电流对电网的干扰，其结果是使该电网上的变压器、电缆、保险丝和开关等设备发烧、疲惫。若要改变这种状况就必需在前面加谐波滤波器或改6脉冲整流为12 脉冲整流，但这又会带来两个副作用：一个是增加包括UPS在内的电源保护设备的本钱和体积重量，另一方面增加了UPS的损耗，从而降低了可靠性。2.再如UPS的工作效率，这是一个直接与可靠性相联系关系的指标。一般传统双变换型UPS因为其电路结构所限，很难将效率做高，尤其是在加入功率因数补偿设备后，就更难将效率做到92％以上。尽管这些UPS采用了ECO经济运行模式，可以将效率做到97％以上，但这种ECO经济运行模式因为它实际上是甩开了UPS的正常功能而采用了“旁路直接供电”方式，牺牲了稳压和抗干扰等UPS应有的基本功能，给用户的使用埋下了隐患，这无疑违反了使用UPS的本来目的。3.带载和过载能力也是反映UPS质量的枢纽指标，负载真正需要UPS起保护作用的时机莫过于两种情况：当电网电压异常或是负载异常时。在电网电压异常时（包括断电），对负载的保护靠的是UPS输入电路和不中断功能，而负载异常时，对其保护则要靠UPS的带载和过载能力。一般传统双变换型UPS的带载能力弱就是由于其负载功率因数的单一性，难于适应不同性质的负载。
2.5 蓄电池容量及后备时间选择
对于蓄电池而言，其实际可供使用容量同蓄电池环境温度、存储时间、放电电流大小以及负载特性等都具有着较为密切的联系，只有在对这部分因素做好充分、全面的考虑之后，才能够正确的对蓄电池可供使用容量同标称容量间的比率进行选择。此外，后备时间也是电池非常重要的一项指标，在我国仪表设计手册中，规定企业不间断电源所配备的电池工作时间控制为30min。对于石化企业来说，其所具有的供电系统可靠系数较高，不仅具有2-3个电源，且停电情况的出现几率也较小。对此，我们则可以按照10min后备时间进行选择。在具体进行计算时，可以先将蓄电池最大放电电流进行求出，其计算公式为：
I=（Pcosφ）/（ηEi）
......其中P是UPS的标称输出功率；
......cosφ是负载功率因数；
....η是逆变器的效率，一般也取0.8；
.......Ei是蓄电池组临界放电电压。
通常选用在规定的大放电率条件下的临界电压值，l2V电池临界电压10v，2v电池临界电压为1.67V，如果电池后备时间较长，电池是在小放电率情况下放电，则12v电池临界电压为10.5V，2V电池临界电压为1.75V。再根据用户所确定的蓄电池组后备供电时间，就可从蓄电池厂商提供的所选用的电池规格型号的放电曲线，查出电池组的放电率，可用公式：放电率=电池组的实际最大放电电流/电池组的标称容量得出应该配置的电池组的容量（Ah）。
图1
例如，有一台UPS，其输出功率为1OOkVA，选择电池后各备时间为2Omin。若UPS逆变器（半桥）的工作电压是384V*2，蓄电池为两组12V（32块）电池串联而成，假定单块电池临界放电电压定为10.5V，则蓄电池组的临界放电电压为32*10.5V*2=672 V，假定负载功率因数为0.8，逆变器效率为0.8，电池放电效率为0.95，根据上述公式，最大放电电流
I=（100*1000VA*0.8）/（0.8*0.95*672）=156A
从图1可知，在要求电池后备时间为2Omin时，放电率为1.5C左右，于是电池选用容量应为100Ah，这里得到的是计算值，具体选用时应选用厂商提供的电池规格中接近100Ah的电池。
2.6 其他功能选择
从目标发展情况看来，我国UPS未来会向着模块化以及高频化的方向发展，对此，在条件满足要求的情况下，可以对该类型的UPS进行选择。同时，在对UPS进行选择时也需要其能够具有良好的通信以及智能管理功能。智能管理方面，需要保证UPS自身具有智能管理接口，以此对电池同设备的检测、运行参数以及现时等功能进行实现。网络通信方面，则支持现今网络信息传送以及公用网通信。这部分功能的配备，都对石化企业对UPS的网络化管理实现具有十分积极的意义。
参考文献：
[1] 王勇.UPS电源的选型原则[J].黑龙江科技信息.2009（29）：79-79.
[2] 朱松然 铅蓄电池技术[M].北京；机械出版社2002
[3] UPS蓄电池的选择与维护[J]电源世界2006-1-24
论文作者:何广灵
论文发表刊物:《基层建设》2015年34期
论文发表时间:2016/10/24
标签：电池论文; 电压论文; 负载论文; 市电论文; 蓄电池论文; 容量论文; 负荷论文; 《基层建设》2015年34期论文;