基于仪控系统UPS电源的双冗余改造

任士荣

（山东钢铁莱芜分公司能源动力厂，山东莱芜 271104）

1 课题背景

热电老区银前区锅炉、汽机、发电机岗位的电力UPS电源装置运行年限较久，劣化趋势明显，均为单UPS电源供电。逆变器或者静态切换开关等器件一旦损坏，电源输出将中断，造成岗位微机监控后台黑屏，电机PLC系统、中压氮气调节阀和快切阀失电，引发锅炉火焰监视器、四角支管焦炉煤气速断阀、脱硫设备及区域内烟气在线监测设备不能正常运行，严重时影响高炉供风。

2 现状分析

2.1 运行模式

正常情况下整流器将市电通过隔离变压器、整流器转换为纯净的直流电，再由逆变器转换成交流电源输出，供负载使用，同时通过充电电路给蓄电池浮动充电。当交流电源异常或整流器发生故障停止运行时，将转由直流电源至逆变器以替代中断的整流器输出电源；当逆变器处于不正常状况，此时静态开关由交流电源经旁路输出给负载使用；UPS设备需进行维护、维修时，可将UPS切换至“维修旁路模式”下运行，UPS电源系统架构如图1所示。

2.2 存在问题

（1）发配电系统由于有发电机，当区域外网异常失电时，发电机进入孤立网运行状态。系统电压瞬间会出现大幅降低并未完全失电状态。而逆变电源装置因没有检测到交流输入失电，无法切换到直流输入供电，导致仪控系统失电。

（2）UPS装置静态切换开关及逆变模块故障率高，维修旁路断路器无法自动投入，导致仪控系统失电，严重时发生停机、停炉事故。

（3）逆变电源装置安装地点分散，分布在不同的锅炉、汽机、发电机值班室，不利于电气运行人员对UPS装置进行实时监控和故障恢复处理。

3 主要措施

3.1 改造范围

对老区和银前区7台风机，2台发电机、5台锅炉、1台除氧器，共计15套UPS电源进行双冗余改造。

3.2 辖区UPS逆变电源装置升级改造思路

图1 UPS电源系统架构

图2 改造后的UPS电源并联双冗余系统模式

由原来单台UPS电源装置改造升级为2台UPS并机冗余方式的电源装置，由原来一路交直流电源输入改为2路交直流电源输入；采用先进并机方式，总输出由2路交流输出断路器出线端并联输出供电，改造后的UPS电源并联双冗余模式如图2所示。

2台UPS的交流输入来自2段不同母线的交流电源输入，不因一路电源掉电而全部失去交流电源；直流输入也来自2段不同母线的直流电源输入。若直流电源电能耗尽，将由静态切换开关切换至旁路供电。

2台UPS电源装置运行时，每台单机各平均承受50%的负载。在任何一台UPS故障情况下，系统中处于正常工作的UPS将继续稳定地向负载提供无间断电源。并且输入电源系统在频率及电压等波动时，具有较好的恒频恒压功能，抗干扰能力强。

3.3 将现场UPS报警信号引入主控室

从UPS电源端口接出直流异常、交流异常、电源故障、逆变异常和电源过载等5组信号，信号异常时自动吸合，UPS端口如图3所示。

图3 UPS电源端口

通过中间继电器捕捉故障信号，经PLC处理后增加了自保持功能，同时在电气主控室安装声音报警器。一旦捕捉到故障信号即保持故障信号输出，在主控室进行声光报警并显示故障类型。实施改造后进行切换时试验，断开电源值班室蜂鸣器报警。改造后报警实现实时监控UPS运行状况，避免了点检时间存在间隔造成设备故障。

4 改造效果

UPS电源装置双冗余升级改造后，突发停电时，UPS电源装置能够可靠切换，解决了UPS切换不稳定的问题，保证了关键热动系统仪控用户电源的安全、稳定、连续运行，有效避免因仪控电源中断引起的故障停机、停炉和高炉减风事故。