UPS远程管理系统应用及效果评价

苗 成，马 力，马俊明，李 聪，李 翔，段明霞

（中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林 719000）

智能油化工程

UPS远程管理系统应用及效果评价

苗 成，马 力，马俊明，李 聪，李 翔，段明霞

（中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林 719000）

UPS“不间断电源”是集气站自控及网络系统正常运行的重要保障，不仅能在外电骤停时无挠动在线切换为蓄电池组供电，也能在外电输入正常时起到稳压、滤波的作用，确保自控系统、网络通讯以及监控设备正常运行。目前，在集气站UPS系统实际运行的过程中，UPS蓄电池组难以保障定期进行充放电维护，造成系统运行效率降低，蓄电池寿命缩短。本文结合集气站UPS系统运行现状，提出应用UPS远程管理系统，并对实施效果进行分析评价。

UPS系统；远程管理系统；智能断路器

1 集气站UPS系统运行现状及存在问题

1.1 集气站UPS系统简介

目前本厂各集气站UPS系统均为在线式UPS系统，其设备构成包括滤波器、整流器、逆变器、逆变/旁路输出切换电路、充电器及蓄电池组等。系统设备结构图（见图1）。

图1 在线式UPS设备结构图

在线式UPS系统工作原理为:当外电供电正常时，外电先经滤波器去除高频干扰，得到纯净的交流电，再经过整流器将其转化为稳定的直流电，然后分为两路:一路通过充电器对蓄电池组进行充电，另一路通过逆变器将直流电转化为稳定的交流电供负载使用。当发生外电失电、欠压等异常情况时，系统将发出报警声并瞬间将供电线路切换为蓄电池组供电，将电池组的直流电通过逆变器转换为交流电，为负载设备提供电源。

在线式UPS系统的特点为系统运行时逆变器一直处于工作状态，无论外电是否正常，UPS设备始终能够输出失真度较低的正弦波电源，且外电供电与电池供电线路相互切换时系统无转换时间，能够为负载设备提供可靠稳定的供电保障。

1.2 UPS系统运行现状

截止2015年初，本厂33座集气站均配备了在线式UPS系统，主要用于集气站自控系统、网络通讯系统以及视频监控设备的供电。

各集气站在建站初期，由于数字化设备数量较少，UPS系统设计功率仅为4 Kva；随着后期各集气站改扩建项目的逐步实施、数字化设备的不断增加，导致原有的UPS系统功率已不能满足负载所需，且各集气站UPS系统普遍缺乏日常维护，没有及时对蓄电池组进行充放电维护，导致电池馈电，蓄电能力差。部分集气站在外电骤停且发电机不能正常启动时，UPS系统续航时间低于十五分钟，无法提供足够的电路检修时间，严重影响集气站安全生产。针对这种情况本厂于2014-2015年对部分集气站的UPS进行升级，增加了蓄电池组，系统功率由原来的4 Kva升级到20 Kva。

1.3 存在问题

升级后的UPS系统通过近一年的运行情况来看，各集气站系统设备运行稳定，能够满足日常生产需求。但系统设备仍普遍缺乏日常维护保养，蓄电池组长期处于浮充状态，没有定期进行充放电维护。长此以往将会严重影响蓄电池组寿命，缩短UPS系统续航时间，不仅运行成本上升而且会给生产带来安全隐患。

2 UPS远程管理系统应用改造

2.1 解决思路

通过对集气站UPS系统实际运行中存在的问题进行深入分析[1-3]，在研究解决方案时着重考虑方案应满足以下三个预期目标:

（1）UPS系统定期充放电维护能够得到有效保障，系统运行及维护过程安全可靠，彻底消除生产安全隐患。

（2）UPS系统设备管理模式应由各集气站属地管理变为作业区集中管理，设备定期维护能够由作业区统一部署。

（3）减少设备维护工作量，降低员工劳动强度；降低设备运行成本。

2.2 解决方案

根据上述解决思路，提出以下3种解决方案:

（1）由各作业区制定统一的UPS设备维护制度，由集气站当班员工进行定期充放电维护。

（2）联系UPS厂家对系统设备进行升级，定制自动维护功能模块，实现在UPS设备正常运行一段时间后断开外电供电，切换至蓄电池组供电线路，放电一段时间后再切换至外电供电，完成充放电维护全过程。

（3）在UPS外电供电线路上增设一台具有远程控制功能的智能断路器，将其控制及反馈信号接入集气站SCADA控制系统；读取UPS设备运行数据，通过开发UPS远程管理程序，实现UPS设备运行状态实时监控，能够远程切断UPS外电供电断路器、对蓄电池组进行充放电维护。

2.3 可行性分析

以上三种方案都能实现UPS设备的定期充放电维护，但各有利弊:

方案一:无需对系统设备作出硬件上的改动，不需要投入资金成本，由各作业区集中部署，人工定期进行维护作业。但部分数字化值守集气站需派专人赶往现场维护，员工劳动强度较大，且人工充放电过程中无法实时监控蓄电池电量，维护过程存在断电风险。

方案二:无需人工进行操作，定期充放电维护由设备自动完成，维护工作量小。但安装定制模块对UPS设备本体改动工作量较大，定制模块开发成本较高，约为3万元/台。在实际维护过程中充放电模块一旦故障有可能导致供电线路无法切换至外电供电，系统存在断电风险。

方案三:由UPS远程管理程序控制智能断路器对外电供电线路进行断/闭合操作，完成蓄电池组的充放电维护，能够减少员工劳动强度；充放电维护过程及UPS设备运行状态能够实现上位机远程监控；充放电维护过程中蓄电池电量低于固定值时断路器自动闭合，避免断电风险。智能断路器异常情况下断开时可远程复位。

通过可行性对比分析，采用安全性更高的第三种方案进行改造。

2.4 设备原理及选型

2.4.1 智能断路器工作原理 智能断路器由断路器和自复位模块两部分组成，断路器用于接入外电输入/输出电缆，承载和断开外电电路，便于现场操作；控制模块用于实时监测断路器上下游供电线路，能够在外电过载、欠压等异常情况下断开断路器，保护负载用电设备；拥有自复位功能，在断路器异常断开后进行闭合复位。同时支持Modbus、RS485等通讯协议，通过接收数字量信号，对断路器进行远程控制，并向外传输断路器断开状态或故障反馈信号，便于上位机进行实时监控。

2.4.2 设备选型 通过对市面上各类安全可靠性较高、技术成熟的智能断路器进行优选，GEWISS GW90 893型智能断路器不仅拥有断路器自动复位、远程控制等功能，其优势在于配备了短路检测模块，拥有“Restart”预检测功能，能够在断路器异常断开后对供电和负载线路进行预检测，只有检测到电路正常时才会自动复位断路器。避免了一般智能断路器在线路异常时强制复位合闸对负载设备的二次伤害。结合本厂各集气站现场实际情况，选用GWISS牌型号为Restart RM TOP 4P/32A MCB的智能断路器。

3 现场安装及应用

3.1 硬件设备安装

在集气站外电线路至UPS进线端子间增设一台智能断路器（见图2），将其控制及反馈信号接入集气站SCADA系统；将UPS机组通讯板远传信号通接入集气站SCADA系统，便于上位机进行远程控制和实时监控。并模拟设备定期维护、供电线路异常等情况，测试断路器能够满足使用需求。

图2 现场设备安装示意图

3.2 自控系统程序开发及组态

3.2.1 自控程序开发 在各集气站控制器原程序上开发UPS远程控制程序，程序逻辑如下:

自动充放电模式:各集气站控制器每月15日14时向智能断路器发送断路信号，切断UPS外电，对UPS蓄电池组进行放电维护。利用UPS设备RS485信号检测蓄电池组电量，当放电维护时间超过2小时或蓄电池电组量低于70%时向智能断路器发送闭合信号，恢复UPS外电供电并对蓄电池组进行充电。

手动充放电模式:通过上位机向单个集气站控制器发送充放电维护指令，控制器向该站智能断路器发送断路信号，切断UPS外电。智能断路器闭合复位条件与自动充放电模式相同。

远程复位与反馈:各集气站智能断路器故障与开闭信号反馈通过控制器读取，各作业区上位机集中监控；远程故障复位指令通过上位机手动向单个集气站发送，通过控制器传输至智能断路器。

3.2.2 自控程序组态 向各作业区服务器数据库添加各集气站UPS远程控制程序数据点，并在作业区上位机进行组态，能够显示智能断路器开闭状态、故障报警信息、UPS蓄电池组电量、发送断路器断开及远程复位指令。

4 应用效果评价

4.1 UPS系统设备管理水平显著提高

通过应用远程管理系统，UPS系统设备运行由分散的集气站属地管理模式优化为作业区部统一集中管理，设备运行状态、参数能够由作业区中控室远程实时监控。发生外电线路故障、断路器异常断开等问题时，值班人员能够在第一时间发现并采取应急措施，避免出现生产安全事件。UPS设备定期维护也由人工操作变为自控系统远程下发指令自动完成，指令执行情况及维护过程能够远程在线监控，在确保系统设备能够得到定期维护的同时降低了维护作业风险。

4.2 集气站生产安全得到有效保障

应用UPS远程管理系统能够确保定期维护按时进行，使得蓄电池组寿命得到延长，显著提高了系统运行效率。在几次集气站外电断电事件中，UPS蓄电池组供电时间均大于5小时，且剩余电量能够实时监控，在保障集气站能够正常生产的同时给抢险人员提供了充足的线路检修时间。在远程管理系统应用后，本厂集气站从未发生过UPS系统失电事件，生产安全得到了有效保障。

表1 UPS远程管理系统改造预算

4.3 经济效益良好

根据本厂UPS系统运行的实际效果来看，在UPS蓄电池组不能保证定期充放电的情况下，蓄电池组使用寿命仅为2～3年，设备更换成本约为20万元。根据目前设备型号的普遍使用情况，在确保系统能够定期维护的条件下，设备使用寿命均在5年以上，大幅节约了系统维护成本。单座集气站应用远程管理系统的改造费用仅为8 286元，改造成本低、经济效益较好（见表1）。

5 结论及认识

（1）定期维护是提高UPS系统运行效果的关键。

（2）远程管理系统的应用有助于提高UPS运行效果、延长设备寿命、方便集中管理。

（3）远程管理系统的应用投资成本小、效果好、建议推广。

［1］潘勇良.智能断路器工作原理及技术特点［J］.电器工业，2011，（10）:58-60.

［2］康洪波，等.UPS的工作原理和发展趋势分析［J］.电源技术，2009，（7）:637-638.

［3］李亮亮，等.苏里格第一天然气处理厂自控系统改造效果评价［C］.第八届宁夏青年科学家论坛石化专题论坛论文集，2012:310-314.

Application and effect evaluation of UPS remote management system

MIAO Cheng，MA Li，MA Junming，LI Cong，LI Xiang，DUAN Mingxia
（Gas Production Plant 2 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yulin Shanxi 719000，China）

UPS uninterruptible power supply is set Qizhan plays an important role in promoting the normal operation of automatic control and network system,not only can be stopped without scratching online drastically in the electric switch for power supply,battery electric input as well as the normal when have the effect of voltage,filtering,to ensure normal operation of automatic control system,network communication and monitoring equipment.At present,in the collection of Qizhan UPS system in the process of actual operation,UPS battery is difficult to guarantee charge and maintenance regularly,which reduces the system efficiency and shorten the battery life.This paper sets Qizhan UPS system to run the status quo, put forward the application of UPS remote management system,and analyze the implementation effect evaluation.

UPS system；remote management system of intelligent；circuit breaker

TM561

A

1673-5285（2017）04-0119-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.04.030

2017－03-21

苗成，男，助理工程师，2011年毕业于兰州理工大学过程装备与控制工程专业。