摘 要:針對DCS 對其供電電源的嚴格要求,通過分析在線式靜態交流不停電電源系統UPS 的性能和工作方式,闡明了選用在線式UPS 是DCS 系統的最優電源保證,并結合曲線圖說明了如何選擇UPS 及其配套電池的容量,最后介紹了UPS的日常維護方法和注意事項。
關鍵詞:供電電源,選用,維護
一、前 言
DCS(Distribute Control System) 對其供電要求是極其嚴格的,它不僅需要高質量、高穩定性的供電電源,當電網系統突然停電時,要有供電電源保持一定時間的供電,以便對DCS 系統的數據做保護性處理并使現場儀表及調節閥處于安全位置,同時還要確保工藝做緊急處理,防止故障發生。由于靜態交流不停電電源裝置UPS 與城市電網經過直流儲能環節隔離,排除了供電及瞬變干擾,并連續不間斷地供電,兼之具有體積小、效率高、安裝維護方便以及可靠性高等特性而被廣泛地應用在DCS 控制系統中。
二、UPS 的選用
UPS(Uninterruptible Power Supply) 即靜態交流不停電電源裝置,它是一種高質量、高穩定性的獨立電源,是由可控硅整流器、逆變器、交流靜態開關和蓄電池組等組成。由于供電頻率稍有變化和波形的畸變,將會嚴重干擾DCS 正常運行,因此要求選用高質量、高穩定度且切換時間短的UPS 系統。
1、在線式UPS ———最優的電源保障
無論從穩壓輸出范圍、頻率范圍、輸入雜訊的濾除以至市電模式與電池模式零切換時間等方面考慮,在線式UPS 均是最優的DCS 供電系統。
在線式UPS 的性能:
(1) 純正的正弦波輸出。無論在市電模式還是在電池模式,均可輸出失真度低、穩定度高的正弦波電源,為DCS 提供最佳的電源保障。
(2) 零切換時間。當市電停電或復電時,UPS 在市電模式與電池模式之間的切換是無轉換時間的,有效保證了負載運行的高可靠性。
(3) 高度智能化。通過數據通訊接口,可實現一臺UPS 連接多臺計算機系統的功能,配有電源監控軟件,可以直接在計算機屏幕上監控電源與UPS 運行狀況,有支持異常電力信息報警、關閉及保存用戶的應用程序等功能,以簡化網絡管理工作,并提高計算機系統的可靠性。
(4) 旁路保護功能。旁路供電功能使UPS 應急處理能力大為提高,同時在用戶對電源具有特殊要求時,在線式UPS 可提供旁路供電過壓保護,使DCS免于高壓危險。
(5) 雙機熱備份。對于供電要求高的DCS 系統,除了要有冗余的供電外,同時要有UPS 的冗余。而在線式UPS 可根據用戶要求設置主次備份轉換裝置:當主機出現故障時自動轉換到另一臺備份UPS 上工作;當主機要維護檢查時,則可以把DCS 切換到備份UPS 上,保障了DCS 在任何時間均可得到最佳的供電電源。而且在線式UPS 還設有手動旁路開關裝置,方便用戶在檢修UPS 時把DCS 系統切換到旁路輸出供電,確保DCS 供電的穩定性。
2、在線式UPS 的工作方式
UPS 正常運轉時的工作方式 當UPS 正常運轉時,市電電源經濾波器濾除高頻諧波雜訊(如圖1 所示) 。一路經由充電器對電池組充電,保持電池電力于滿電位;另一路經由整流器,整成直流電,經逆變器轉成純凈的正弦波電源,再經由靜態開關及濾波器送至用戶設備使用。
圖1 正常運轉時工作方式
當市電斷電時,由電池迅速供電給逆變器,經由靜態開關,濾波器持續送至用戶設備使用,不至造成負載有斷電情形發生。
圖2 市電斷電時工作方式
3、UPS 旁路供電時的工作方式
當UPS 旁路供電時有五種狀況: (1) 超載; (2) 逆變器故障; (3) 開機時,開機按鍵按下20s 內,UPS 緩啟動運轉中; (4) 關機時,關機按鍵按下; (5) UPS 內部過溫度運轉。
圖3 UPS 在旁路供電時工作方式
三、容量的選擇
1、UPS 容量的選擇
UPS 的容量應根據DCS 系統的耗電量來選擇,一般DCS 耗電量為UPS 額定電功率的60 %~70 %。
2、電池容量的選擇
電池容量根據工藝要求及DCS 所需供電時間來選擇,而電池供電時間與負載使用功率有關。圖3 為電池各種容量供電時間與負載使用功率對照曲線圖,可作為電池容量選擇的參考。
四、UPS 的運行維護及注意事項
(1) UPS 應放在無有害氣體、無劇烈振動、無強磁作用、環境溫度為- 10 ℃~ + 40 ℃、相對濕度小于85 %及通風良好的室內;
(2) 每月至少一次切斷供電電源,讓UPS 逆變工作,要求供電30min。如果長期不進行逆變工作,UPS 內蓄電池會老化、變質或穩壓不起作用,一旦出現電源網系統故障,必然對DCS系統造成損失;
(3) UPS 應定期清潔保養,勿沾染灰塵,確保機器壽命;
(4) 清潔時,要用軟布擦拭,切勿使用磨砂作為清潔劑;
(5) 每日應定期檢查各連接線,并防止碰撞或松動以及潮濕;
(6) UPS 進出風口要保持通暢,每月應定期檢查進出風口是否有異物堵塞。