模块化UPS在石化行业中的应用
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摘 要：模块化UPS自诞生以来，随着电力电子器件及数字化技术的迅猛发展，其技术日益成熟，已经在电子信息机房大量使用。模块化UPS以其绿色环保、高可靠性、易扩容、易维护等特点，逐渐被人们所接受。本文比较了模块化UPS与传统塔式结构UPS，探讨其在石化行业的应用及需要注意的问题。
关键词：UPS;模块化;石化
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.129
近年来模块化UPS技术飞速发展，其采用标准结构设计，可实现模块的热拔插及在线更换、维修，是较为先进的一种电源保护方案。目前模块化UPS在石化行业中的应用较少。本文结合石化项目，对传统UPS及模块化UPS的特点及应用进行分析比较。
1 模块化UPS的结构组成
模块化UPS不间断电源是在传统UPS基础上发展而来的，基本原理同样是整流、逆变，但是有其自身的特点。
模块化UPS装置主要包括以下部分：输入、输出配电部分，功率模块，监控模块，静态转换开关及维护旁路开关，免维护蓄电池等。核心为功率模块和监控模块。
（1）功率模块。包括整流、逆变、充电、功率因数校正和相关控制电路。从原理上讲，模块本身可以看作一个UPS电源。功率模块是UPS系统的主要模块，UPS系统正常工作模式下具有热插拔和并联冗余工作功能。
模块化UPS采用Boost升压和功率因数校正组成的整流电路，开关器件选用IGBT，工作频率高达20kHz。
（2）监控模块。负责实时监视UPS系统的工作状态、采集和存储UPS系统运行参数，故障记录存储和故障诊断，具有热插拔功能。
2 模块化UPS与传统塔式结构UPS的比较
2.1 结构原理
模块化UPS属于高频机，石化行业常用的塔式结构UPS多为工频机。模块化UPS相较传统塔式結构UPS最明显区别就是取消了输入和输出隔离变压器，结构更轻巧。
石化项目中UPS的主要负荷为仪表DCS机柜和电信机柜，不存在大的冲击性负荷。UPS一般放置在有人值守的仪表控制室中，对系统连续性、可靠性要求很高，一般要求冗余设计。在石化行业中，一般选择双机双电源供电，即设置两套独立的UPS。这种方式可靠性非常高。
模块化UPS由多个功率模块并联而成，目前大多数都是将功率模块输入端和输出端进行连接，各模块的直流母线是独立的。由于是多个模块并联，存在并机环流的问题，曾是制约模块化UPS发展的瓶颈。近年来随着技术的发展，已克服这一瓶颈，UPS并联十余个模块很常见[1]。
2.2 模块化UPS的特点
（1）高效节能。UPS的输入功率因数越大，对电网的污染越小。模块化UPS可以使用市电输入功率因数达到0.99以上，使市电输入电流的谐波含量小于5%，具有体积小、重量轻、对电压波动适应能力强、可消除可闻噪声等优势。
（2）高可靠性。输入电压范围宽，一般要求±20%。对于N+X冗余的UPS系统，任意（1～X）个功率模块故障时（输出短路故障除外），其它功率模块仍可正常工作并能输出UPS系统的额定功率，系统不转旁路或断电。UPS系统运行中，故障功率模块自动退出运行，不影响系统其它部件的正常工作[2]。
（3）扩容方便。用户在预计UPS电源容量时，时常会出现低估或高预计等情况，如在炼油厂的改扩建过程中，由于新增设备等原因，原UPS电源需要扩容。采用模块化UPS，可在新建项目时根据当前情况进行配置，当有改扩建需求时，可在原有基础上添加更多的模块。
（4）易于维修。模块化UPS的功率模块和监控模块具有热插拔功能，可以方便进行更换，通常不超过五分钟。只要冗余允许还可以在线进行维护，退出故障模块，实现零维修时间。对于有连续操作要求的石化行业，在线维护不仅保证了企业的生产过程供电平稳，同时可降低维护成本。
3 实际应用中应注意的问题
（1）选择质量可靠的厂家。模块化UPS的兴起后，国内外很多厂家都推出自己的产品。由于该技术对电子元件及控制技术要求很高，导致各家产品质量参差不齐。在设计中，一定要选择业内知名的厂家成熟的产品，不能贪图便宜而出现产品质量问题。
（2）并联数量。模块并联数量不易过多，数量越多意味着对控制的要求越高。
（3）注意负载平衡。在石化行业中，UPS的主要负荷为仪表DCS机柜。三进三出的功率模块会导致负载不平衡，应选用输出可灵活调整为单相的UPS产品。
（4）维修旁路。由于体积的限制，通常UPS厂家主机不配套手动维修旁路。但是用户通常会有维修旁路的需求，常见的处理方式是把维修旁路放在输出馈线柜里。有的用户会要求维修旁路与UPS主机完全分开，希望在UPS故障返厂时，维修旁路可以继续工作。
（5）技术参数要求。技术协议需要对厂家技术参数进行约定，以满足实际应用效果。可以参考《通信用模块化交流不间断电源》（YD/T2165），其中对模块化UPS的参数有详细的规定，包括频率跟踪范围、输入、输出功率因数、系统效率、功率模块过载能力、输出电流不均衡度、零地电压等关键参数。
（6）蓄电池在线监测系统。增加蓄电池在线监测系统很有必要。特别是在长时间连续使用后，电池老化会出现一些故障，如果缺少对电池的监测，一旦电池停止工作将产生严重的后果，不但影响正常生产，甚至会引发火灾，影响人员安全。
4 结束语
模块化UPS凭借其自身的多项优点，成为当前UPS技术发展的趋势所在。模块化UPS完全满足石化行业的应用条件，相比传统塔式UPS具有多项优势。随着技术的进步与发展，模块化UPS将在石化行业中发挥更大的作用。
参考文献：
[1]李启中.浅要分析高可靠性的模块化UPS[J].中国新通信，2015（09）：87.
[2]甘金来.模块化UPS与塔式UPS的对比[J].电子商务，2017（11）：65-67.
作者简介：雒瑜（1985-），男，陕西咸阳人，硕士研究生，工程师，主要从事炼油厂电气设计。
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