石油化工裝置不間斷供電電源分析

企業的過程控制系統、高檔精密儀器、計算機網絡、金融處理系統對供電電源質量的要求越來越高,不間斷電源(UPS)得到廣泛的應用。文章介紹真正在線式UPS 與一般UPS 產品的區別;單相現代高頻機與真正在線式UPS 的技術比較以及采用逐波限流技術的UPS 與傳統PWM控制的UPS 的區別。
　隨著石油化工各裝置對供電電源質量要求越來越高,不間斷電源開始應用于若干化工化纖重要裝置,這樣,既滿足了供電可靠性要求,又切實提高了供電質量,增強了系統抗干擾能力,深受用戶的青睞。但是,不間斷電源在市場上的品種繁多,用戶能否買到貨真價實真正在線式控制UPS以及能否切實解決供電系統存在的幾種形式的干擾:即電源中斷、電壓跌落、浪涌電壓、噪聲電壓、電壓瞬變、過壓、欠壓、尖峰電壓,有待各裝置技術人員嚴格區別。據有關科技機構統計,供電電源可靠性達9919 % ,每年可能產生825 min 停電,99199 %產生25 min 停電,即使達991999 % ,也會產生5 min 停電。美國一家權威雜志曾在1996 年作出統計,5 min 的停電,對金融系統將造成數百萬美元的損失,損失之大超過一般人的想象,經不完全統計資料顯示,設備損壞4513 %來自電源突然中斷,可見其危害性特別大。
1 　在線式UPS 與一般UPS 產品的區別
真正在線式UPS 指UPS 的主要工作部件Inverter 逆變器長期處在工作運行狀態,它對組成該部件電子元件以及工作狀態都有嚴格的特殊要求,且造價也相對較高,但它可在環境惡劣的地方工作。有些供貨商把準在線式、在線后備式、在線互動式等,籠統說是在線式UPS。此類產品可以應用于商業類計算機房等地方,但它對供電質量要求較高,因而其造價較低,深受一些用戶歡迎。此類產品的特點是:要求供電電壓在200～240 V之間,才能達到穩壓作用,一旦電壓偏差超出此范圍,則工作狀況要轉換到由電池供電,電池的長期
充電、放電工作,使電池組損壞,壽命減短,大約2～3 年就要換電池。此類典型代表為采用Deltec三端口電路UPS ,其穩壓最佳范圍為220V ±10 % ,且只能解決5 種供電問題。筆者認為,它只適用于一般場所,對于石化企業各生產裝置要謹慎使用。因為其輸出波形多數為方波,對關鍵設備來說可靠性會降低,同時由于此類UPS 工作頻度低,動態性能較差,而且逆變器是在短時間內工作,功率和散熱設計含量較小,比真正在線式的UPS 可靠性要低得多,因此絕對不能與真正在線式UPS 能精確控制輸出電壓和頻率相提并論。
2 　單相現代高頻機與真正在線式UPS 技術比較表1
單相現代高頻機與真正在線式UPS 技術比
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3 　逐波限流技術的UPS 與傳統PWM 控制UPS 的區別
化工部引進的醋酸乙醛裝置帶有逐波限流技術的UPS ,該裝置由于具有獨特逐脈沖過載及短路保護技術,即PUISE BY PUISE ,保護能力大大加
強,提高了設備運行可靠性。PWM技術以中斷功率通量和控制占空比方法
來變換功率,它工作在20kHz～200kHz 開關頻率下。這種技術的特點是電路簡單,容易控制,所以在小功率變流技術中,PWM技術是占統治地位的。其缺點是,在開關頻率增加后,開關損耗會增加,主要是電源變壓器漏感引起的關斷損耗,它會影響電源的可靠性。更為突出的是由于其本身局限性,在系統發生過載或短路時,通過變壓器檢測電流,當檢測到過流或大電流時間較長,控制系統無法在極短的時間內作出判斷,如此惡性性循環,要等到發出幾個脈沖后方可真實檢測到大電流,而逆變器功率管極有可能在此時間內燒壞,見圖1。
化工部使用的20kVA UPS ,有優異、完善的過載與短路保護功能,該系統除采用16 位高性能單片機加強實時快速檢測與控制外,還在20kHz 水平成功運用PULS BY PULSE 逐波脈沖限流技術,保證單脈沖短路電流在IGBT的允許范圍之內,且最大短路電流不超過單脈沖電流的逐脈沖限流方
案,使得UPS 自動具有短路保護功能,對短時間過載或負載沖擊具有自動的抵抗能力, 即除了長時間過載外不需要轉旁路,更重要的是有效保障
逆變器安全,圖2、圖3 為其原理圖。
4 　小結
a. 在過載或短路時刻, t1 檢測到第一個超過保護線脈沖信號,進入驅動板Enable 反應速度很快,CPU 計數Δt1 = t1 - t0b1 進入第二個階段,Δt1 = t3 - t2 約幾個ms級,又重復檢測到過流或短路信號,再次重復第一個過程,將信號輸入驅動板, Enable CPU 再次累計。
c. 如此經過5 個回合,可以確定此時過流或短路值均超過保護線規定數值, IGBT 將關斷UPS ,設備轉旁路供電,5 次過程在20 ms 以內。
d1 由于逆變器過流或短路電流檢測采用霍爾元件或電阻,且在逆變器原邊直接檢測,因而檢
測速度極快,所以在真實發生過流或短路超過設定保護值時,將及時關斷逆變器功率管,對UPS實施有效保護,可滿足用戶實際需要,解決了以往存在的技術問題。
e1 對于企業過程控制系統、高檔精密儀器、計算機網絡、金融處理系統在選用UPS 時要格外慎重。筆者建議工程技術人員選用真正在線線式UPS 方可保證設備安、穩、長、滿、優地運行,為石化企業高速持續發展提供可靠的保證。
5 　結論
通過本項目研制,在常規腈綸中試紡絲裝置上,添置少量關鍵設備,按本項目確定的工藝路線、混合方式、混合比例,添加入一定量的具有遠紅外輻射性的陶瓷微粒,可紡制出符合紡織后加工要求的具有遠紅外輻射功能腈綸纖維。并且其工藝路線與上海石化股份公司腈綸部的工業大生產體系十分接近,對移植到工業大生產具有指導意義,對大生產調整產品結構起著重要作用。也為中試裝置改造提供了方向。