随着石化企业自动化程度的不断提高，装置主控制集散控制系统（DCS）、电气综合自动化系统（包括中低压进线综保、母联综保及电机综合保护器等）、电信火灾报警系统等对供电的可靠性要求越来越高，对电源的质量问题和安全问题提出了更高的要求。而电力系统来自外界因素的干扰（如：雷电、系统事故）和来自内部因素的干扰（如：变频器、电机、弧焊等）时有发生，这些都会污染系统交流电源。可能产生的问题：系统停电、电力损耗、欠电压、过电压、缓慢电压波动、频率改变、瞬态尖峰、波形畸变等。以上的问题将严重影响主控制集散控制系统（DCS）的稳定运行，例如：在DCS系统正常运行时，若电气系统故障断电，将会导致计算机存储中断、已存储的数据丢失以及某些程序破坏、电动阀的误动作、无法监视装置反应情况等，造成装置临时停车、火灾甚至爆炸事故；若交流电网欠电压、过电压、缓慢电压波动、频率改变、瞬态尖峰、波形畸变，不能保持良好的正弦波形，常常会造成计算机的计算错误和数据丢失。
 

    目前石化行业自动化采用的是DCS分布式控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种

新型计算机控制系统。计算机内部供电系统都装有高速欠压保护电路，当电网欠压时，计算机靠存储在滤波电容中的能量来维持工作，一般能维持10ms左右，当市电电源故障发生断电时，为计算机存储器中的数据保存良好，这就要求有一种电源系统在小于10ms内提供电源，来保证计算机控制系统的正常运行。计算机系统除了要求供电系统的可靠性高，对电源的质量要求也很高，即电源的输出应保持良好的正弦波波形，而且不带干扰。为了满足这些要求，能提供高质量、高供电可靠性的UPS不间断电源系统（Uninterruptible Power System），简称UPS，得到了广泛的应用。
 

    1 UPS电源系统的组成及基本原理
 

    UPS电源系统主要由主机和蓄电池两大部分组成，根据项目的要求和用电数量的增加，可配置电源分配柜。主机决定额定输出功率的大小，根据负载的特性，负载功率应满足UPS电源70%的额定功率。蓄电池容量根据所带负荷要求的供电时间来确定，例如：DCS系统要求供电时间为不小于30min，有的化工项目要求不小于60min，电信火灾报警系统要求供电时间30min，重要行业的通讯系统要求供电时间4小时。UPS电源系统主机部分由整流器、逆变器、静态开关组成。整流器是一个整流装置，它将交流（AC）转化为直流（DC），提供相应直流给逆变器和电池充电器；逆变器是将直流（DC）转化为交流（AC）输出供负载使用；；静态开关是一种无触点开关，分为转换型和并机型两种。可实现UPS电源系统内部电源的自动切换。
 

    2 UPS电源的作用
 

    2.1 市电停电保护作用
 

    市电电源瞬间停电时立即由UPS电源系统将UPS蓄电池直流电源转换成交流电继续为负

载供电，保证计算机及网络系统的正常运行，避免因停电而带来的不便和损失。
 

    2.2 高低电压保护作用
 

    市电电压受电力输送线路的距离的影响，离变电所较近的用户电压较高，离变电所较远的用户电压较低。电压过高或过低都会影响用户仪器设备的使用质量和使用寿命。UPS系统的使用则可以为用户设备提供稳定的电压电源，保障设备的正常运行和延长使用寿命。
 

    2.3 稳压作用
 

    UPS电源具有很好的稳压功能，当市电断电后，UPS将机内电池的电能通过逆变器转换成稳定的220V向负载继续供电。
 

    2.4 抑制谐波作用
 

    电力经由输送线路传送至使用端时，电压波形失真，基波电流发生变化产生谐波。谐波会影响设备的使用，通过UPS电源则能为设备提供稳定高品质的电源，有效提高设备的运行效率和寿命。UPS设计失真率可达到<3%。
 

    2.5 稳定频率作用

       频率就是市电每一秒变动的周期，50Hz就是每秒50周次。市电发电机运转时受到用户端用电量的突然变化而造成转速的变动将使转换出来的电力频率不定，通过UPS电源转换的电源可提供稳定的频率，确保仪器设备的正常工作。
 

    2.6 监控电源
 

    配合UPS的智能型通讯接口及监控软件可显示UPS电压、频率、负载、电池、温度等实时状态信息，在市电中断后显示倒计时关机时间，并在电池耗尽前安全自动关闭系统及UPS电源。UPS电源上述作用确保其供电的高可靠性和高质量性，使其在各个行业都得到广泛的应用。

       3 UPS 电源的应用

       UPS可根据负荷的特性和重要性选择单相电源输入单相电源输出（小型UPS）、三相电源输入单相电源输出（中、小型UPS）、三相电源输入三相电源输出（大、中型UPS）；电源的输入可分为单路电源输入、双路电源输入；实际应用上采用单机或双机冗余的供电形式。下面将阐述UPS的接线方式及优缺点：
 

    3.1 单台UPS的基本接线形式
 

    单台UPS的基本接线形式（如图1）。

图1
 

    为保证输入电源的可靠性，1#电源和2#电源取自供电系统的不同母线，当一路供电回路断电时，另一路供电回路可以自动投入。
 

    根据《石油化工设备维护检修规程——电气设备》规定，UPS电源检修周期为1~3年/次，电池组活化周期为1~6个月/次，电池组更换周期为5年，综合各个厂家提供的数据，大中型UPS电源滤波电解电容更换周期为3~5年/套，UPS散热风扇更换周期为3年/套。
 

   根据石化企业装置连续运行的特点，UPS电源检修、更换元器件及电池组活化期间也必须要保证给DCS系统供电电源的质量。如按图1 UPS电源的基本接线形式，很难保证供电的质量。当UPS电源检修、更换元器件和更换电池组时，UPS电源必须切换至检修旁路，靠市电供电，此时市电波动或停电，则DCS系统电源随之波动或停电；在电池活化及操作试验过程中，一旦静态开关故障，不能可靠切换，将导致DCS系统断电；加之UPS突发故障和以后增容。因此，这种接线不能满足DCS系统电源的条件。
 

    3.2 两台UPS的并机冗余接线形式
 

    两台UPS的并机冗余接线形式（如图2）：

图2
 

    为满足DCS系统供电电源的可靠性，UPS可采用两台UPS并机冗余的接线形式，如图2所示，根据DCS的负荷特性，并机输出可以分为图2.1、图2.2、图2.3、图2.4四种接线形式。

 

并机运行方式对UPS的技术水平提出了更高的要求，两套UPS的同期性必须满足条件。当一台UPS电池组活化、检维修或故障退出运行时，通过合理的操作，另一台UPS完全可以保证DCS系统供电的质量和可靠性。同时也为UPS电源的检维修、更换元器件及电池组活化提供了安全保证，便于维护人员的维护和设备保养。这种接线形式弥补了单台UPS运行方式的不足。
 

    但这种接线形式也有其自身的缺点：首先是UPS电源的技术要求较高，需要2台UPS，当一台UPS检维修或故障退出供电时，另一台UPS电源可以承受所有负荷，造成UPS电源能源的浪费，且一次性投资大；其次是为减少UPS电源输出到DCS系统之间的故障，UPS的安装位置必须接近负荷；最后是此种运行方式无法实现UPS电源增容时供电的连续性。
 

    本人于2013年承担设计的大型化工项目：江苏斯尔邦石化公司醇基多联产项目一期工程20万吨/年管式法LDPE/EVA装置和10万吨/年釜式法LDPE/EVA装置，为DCS系统安全供电各选择两套120kVA三相输入三相输出的UPS，接线形式采图2。

       以上是对UPS的基本工作原理、作用及两种基本接线形式的简单介绍，用户可根据UPS的特点和负载情况选择合适的接线形式。
 

    参考文献

    [1] 《工业与民用配电设计手册》[M].（第三版）

    [2] 《艾默生产品技术使用说明书》[M].

    [3] 《石油化工设备维护检修规程——电气设备》[S].

    [4] 互联网文档资源.UPS不间断电源的8个功能作用[DB/OL].百度文库.2019