中心議題：

• 生產裝置配置UPS的必要性
• 對UPS係統的要求
• UPS係統方案設計

應用重點：

• 采用兩電源的UPS構架
• 增加相應的移相變壓器和6脈衝整流器
• UPS宜選擇輸出精度高、0瞬斷的、支持ECO模式的機型

石化行業生產具有高溫
、高壓、易燃、易爆等特點，如果重要裝置的控製儀表突然停電
，就可能會造成人員傷害
、重大環境汙染和較大經濟損失。SH/T3082 -2003《石油化工儀表供電設計規範》明確規定：“儀表及控製係統的用電負荷按SH3038‘石油化工企業生產裝置電力設計規範’規(gui)定(ding)屬(shu)於(yu)一(yi)級(ji)負(fu)荷(he)中(zhong)特(te)別(bie)重(zhong)要(yao)負(fu)荷(he)。這(zhe)類(lei)負(fu)荷(he)當(dang)供(gong)電(dian)中(zhong)斷(duan)時(shi)

，為(wei)確(que)保(bao)安(an)全(quan)停(ting)工(gong)及(ji)處(chu)理(li)事(shi)故(gu)
，不(bu)致(zhi)造(zao)成(cheng)設(she)備(bei)損(sun)壞(huai)和(he)人(ren)身(shen)傷(shang)害(hai)事(shi)故(gu)，不(bu)致(zhi)造(zao)成(cheng)重(zhong)大(da)經(jing)濟(ji)損(sun)失(shi)
，需(xu)要(yao)設(she)置(zhi)UPS。”

一級負荷包括：

• 安全儀表（聯鎖）係統（SIS）。
• 分散型控製係統（DCS）和相關的現場儀表和控製係統。
• 設備包廠商提供的關鍵的可編程程序邏輯控製器(PLC)和相關儀表。
• 石油化工生產裝置、重要的共用工程係統及輔助生產裝置的儀表及自動控製係統。
• 綜合壓縮機/透平控製係統（ITCC），以及關鍵的壓縮機組和泵類機組設備包提供的安全儀表。
• 火災及可燃氣體和有毒氣體檢測係統(FGS)。
• 與裝置操作和安全相關的重要在線分析儀表。

對UPS係統的要求:
由於沒有統一的配置規範規定，各地企業、不同項目采用了多種UPS配置方案，多數方案並不規範，導致由於UPS係統故障導致儀表供電中斷造成生產停工事故頻發。因此集團公司2005年發布了《生產裝置過程控製儀表電源配電係統技術管理規定（暫行）》，並於2006年發布IN212-2006《儀表供電設計規定》。對UPS配電係統提出了如下幾點要求：

i. 電源配置方案選用一般為：兩電源
、三電源、逆變電源。其中逆變電源方案僅適用於熱電站及變電站。
ii. 係統在負載正常運行後，可以進行UPS離線檢修、蓄電池定期維護工作。
iii. 電源係統切換裝置應能實現無擾動切換。
iv. 低壓母線的直流饋出回路，需配置隔離及穩壓器。
v. 具備兩路供電的控製儀表，應具備兩路非同期工頻交流電源同時工作的條件。

1.對UPS的要求：

I. 選用在線式UPS，電源質量符合UPS輸出標準時
，其逆變器在熱備用狀態運行，其接線簡單可靠。
II. UPS容量≤40KVA時
，宜采用單相輸出；＞40KA時采用三相輸出。采用三相輸出時，UPS必需具備在短期內各相100%不平衡情況下正常工作的能力。
III. 采用單機運行方式。
IV. 采用密封閥控式鉛酸蓄電池，備用時間一般為15~30MIN。
V. UPS容量按新建係統的1.5倍配置。

UPS係統方案設計 
1.係統構架 
                                         
                                                      圖一 兩電源的係統構架
如圖一所示，這個是石化行業典型的兩電源的UPS構架，由兩路電源，一個隔離變壓器
、一台UPS組成。UPS采用雙電源回路輸入
，UPS主電源由電源1提供
，UPS旁路電源有電源2提供，同時UPS設置一個脫機維修旁路，允許UPS在故障維修或者更換時
，係統仍然能夠正常工作。同時DCS係統中的負載分為兩個級別，即一般負載和重要負載
，重要負載（一級負荷）由UPS係統直接供電，一般負載（三級負荷）由電源2經隔離變壓器後供電。

2.UPS工作原理
UPS由整流器、逆變器、靜態旁路
、手動維護旁路、電池組構成。市電正常時，UPSjiangzhuhuiludejiaoliudianzhengliuchengzhiliudian，duidianchichongdian，tongshiyounibianqijiangzhiliudianzhongxinnibianweiyubeiyongdianyuantongpinlvtongxiangweidegaojingdujiaoliudian，weifuzaigongdian。shidianyichanghuozhongduanshi，dianchiduinibianqigongdian，shuchugaojingdujiaoliudianweitigongfuzaigongzuoxuqiu。UPS原理構架如圖二所示。
                     
                                                              圖二 UPS工作原理圖
3.隔離變壓器原理
方案在市電電源2的後端設置隔離變壓器

，輸入端采△型接法，不引入中線，輸出端采用Y型接法。實現輸入與輸出的中性線隔離，減少幹擾。
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UPS的選擇

1基本參數選擇
有了合適的係統架構之後，必需根據係統架構選擇一台合適的UPS。根據集團公司的文件要求，UPS至少滿足下列條件：

a) 輸入電源質量指標：
輸入電壓：三相380V±15%或單相220V±15%。
輸入頻率：50HZ±2.5HZ。

b) 輸出電源質量指標：
輸出電壓：220V±5%。
輸出頻率: 50HZ±0.5HZ。
輸出波形失真率: 小於5%。

c) 輸出電源瞬間斷電時間應小於等於20mS。

d) 輸出瞬時電壓降小於10%。

e) 輸出諧波失真率：THD<3%。

f) MTBF≥150,000小時

上述參數對於目前的UPS技術而言，非常容易實現
，以台達NT係列UPS為例。目前該係列UPS能夠達到以下技術規格。

a) 輸入電源質量指標：
輸入電壓：三相380V±25%。
輸入頻率：50HZ±5HZ。

b) 輸出電源質量指標：
輸出電壓：220V±1%。
輸出頻率: 50HZ±0.1HZ。
輸出波形失真率: 小於3%。

c) 輸出電源瞬間斷電時間應0mS。

d) 輸出瞬時電壓降小於5%。

e) 輸出諧波失真率：THD<3%。

f) MTBF≥300,000小時

UPS在選擇時，輸入範圍越大越好
，寬輸入電壓範圍的UPS,能夠更好的適應企業複雜的電網環境
，降低UPS的(de)電(dian)池(chi)放(fang)電(dian)次(ci)數(shu)。輸(shu)出(chu)範(fan)圍(wei)選(xuan)擇(ze)精(jing)度(du)越(yue)高(gao)越(yue)好(hao)
，同(tong)時(shi)必(bi)需(xu)考(kao)慮(lv)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)瞬(shun)斷(duan)時(shi)間(jian)，越(yue)精(jing)密(mi)的(de)儀(yi)器(qi)
，短(duan)暫(zan)的(de)瞬(shun)段(duan)可(ke)能(neng)造(zao)成(cheng)設(she)備(bei)的(de)誤(wu)動(dong)作(zuo)或(huo)者(zhe)數(shu)據(ju)誤(wu)碼(ma)，是(shi)一(yi)種(zhong)致(zhi)命(ming)的(de)危(wei)險(xian)。因(yin)此(ci)UPS宜選擇輸出精度高、0瞬斷的機型。

2其它特性選擇
muqianjienengjianpai，lvsehuanbaodegainianzaiguoneigexingyeyuelaiyuezhongshi，shihuaxingyezuoweinenghaodahu
，jianfujienengjianpaiderenwuyouweizhongyao。youyuxingyetedian，juedingleshihuaxingyezaixuanzeUPS時
，目前更多的是側重於工頻機，但是工頻工作時整流、逆變器的結構，決定了UPS整機效率偏低，功率因數較低，同時工作時會產生大量諧波。因此

，在UPS選擇時
，宜考慮選擇效率高、支持ECO模式的UPS主機，同時應該考慮諧波抑製措施。 

UPS ECO運行模式介紹
在石化集團公司的《生產裝置過程控製儀表電源配電係統技術管理規定（暫行）》中，明確提到：“電網電源質量符合UPS輸出標準時，其逆變器在熱備用狀態運行”。

這裏指的熱備用狀態就是指UPS的經濟運行模式（ECO）。即市電正常或者符合設定條件時，用市電直接供電，此時逆變器工作
，但是逆變靜態開關不導通，處於熱備份狀態
；當市電異常或超出預設範圍時，UPS逆變靜態開關導通，逆變器為負載供電。采用ECO模式時，整流器和逆變器幾乎不消耗能量，整機基本上隻有風機的功耗。

因此整機功率能從原有的93%左右

，提升至97.5%以上。按照一台100KVA UPS計算，一年可節省近25000度電，按照十年壽命計算
，即可節省數十萬電費，相當於數台UPS的直接購置金額。

需要注意的是，傳統的ECO模(mo)式(shi)控(kong)製(zhi)采(cai)用(yong)不(bu)同(tong)步(bu)切(qie)換(huan)方(fang)式(shi)，當(dang)旁(pang)路(lu)電(dian)壓(ya)與(yu)逆(ni)變(bian)器(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)之(zhi)間(jian)的(de)相(xiang)位(wei)差(cha)或(huo)瞬(shun)態(tai)電(dian)壓(ya)差(cha)過(guo)大(da)時(shi)，在(zai)執(zhi)行(xing)切(qie)換(huan)操(cao)作(zuo)瞬(shun)間(jian)可(ke)能(neng)因(yin)環(huan)流(liu)過(guo)大(da)引(yin)發(fa)事(shi)故(gu)
，如(ru)燒(shao)毀(hui)靜(jing)態(tai)旁(pang)路(lu)的(de)SCR或逆變器中的IGBT及驅動模組等；或在切換過程中造成切換時間過長。台達NT係列UPS采用專利的控製方法，提高逆變器鎖相速率。可根據實際負載特性並搭配SCR強製換向控製
，設計最佳轉換方法。當UPS鎖相產生相位差時
，立即轉換至逆變器供電，避免不鎖相現象發生。

功率因數及諧波改善措施
UPS工作時
，必需對輸入進行整流。石化行業一般采用6脈衝或12脈衝整流型UPS，其工作時
，會使輸入功率因數降低並產生較大的電流諧波。同時石化工廠電網環境負載，UPSzhoubianshebeiyibanweijingmiyiqi，duidianliuxieboganraojiaoweimingan，xieboda，zhijieyingxiangleshebeicaiyangliangcejingdu，zaochengshebeikongzhijingdubuliang
，yingxiangchanpinpinzhijishengchananquan。lingwaixiebodecunzaihaihuijiadaqiyezaibianyaqi
、配電容量
、布線線徑方麵的負擔。

因此，在選擇UPS的同時，必需考慮相應的功率因數及諧波改善措施。目前的主流的UPS的改善主要包括移相、無源濾波器、有源濾波器、混合式濾波幾種方案。其中移相是指在6脈衝整流器基礎上

，增加一個移相變壓器後再增加一個6脈衝整流器，可以抑製諧波。機種諧波改善情況如下表所示：