劉 坤，姚寶慶

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司能源動力廠，山東萊蕪 271104）

1 問題的由來

UPS電源系統(tǒng)是在系統(tǒng)斷電情況下，保障設(shè)備供電連續(xù)性的重要設(shè)備，UPS電源系統(tǒng)的穩(wěn)定與否直接影響機(jī)組設(shè)備在非正常狀態(tài)下能否保持正常運(yùn)行。萊鋼能源動力廠燃?xì)廛囬g5#TRT原UPS電源供電模式采用后備式電源。2014年4月5#TRT因后備式UPS電源故障導(dǎo)致PLC失電癱瘓，后臺監(jiān)控電腦黑屏，動力油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)全部停止運(yùn)行，發(fā)電機(jī)未及時解列，機(jī)組因軸瓦缺油造成機(jī)組振蕩，從而引發(fā)重大設(shè)備事故。另外，當(dāng)發(fā)生高低壓電源同時停電的情況時，潤滑油泵、動力油泵停止運(yùn)行，旁通閥組不能正常工作，入口蝶閥無法關(guān)閉，易對機(jī)組造成嚴(yán)重?fù)p傷，對高爐工況造成極大影響。為保證這些重要設(shè)備不間斷供電，在線UPS電源供電模式成為我們急需研究開發(fā)的重要課題。

2 傳統(tǒng)UPS供電方式及存在問題分析

后備式UPS電源模式見圖1。

該后備式電源供電方式為當(dāng)系統(tǒng)電源220 V輸入正常時，UPS供電模式為直接由電源進(jìn)行供電不經(jīng)過逆變器供給負(fù)載。蓄電池組只是作為后備電源由充電模塊對其進(jìn)行充電，保持浮充狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)失電后，轉(zhuǎn)為由電池組經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換后供給負(fù)載。

圖1 后備式UPS電源結(jié)構(gòu)框圖

該UPS電源由充電器、蓄電池組及逆變器組成，系統(tǒng)電源正常時，對蓄電池充電并浮充，逆變器不工作，系統(tǒng)斷電后，將直流電壓（電池供給）變成符合負(fù)載要求的交流電壓，電壓波形有方波、準(zhǔn)方波、正弦波三種形式，該后備UPS存在輸出電壓精度和穩(wěn)定性差，而且輸出轉(zhuǎn)換時間較長，輸出轉(zhuǎn)換開關(guān)受切換電流能力和動作時間限制，UPS輸出功率偏低，基本在2 kVA以下等缺點(diǎn)。

同時潤滑油泵、動力油泵和入口蝶閥采用380 V電源供電，PLC、監(jiān)控微機(jī)和旁通閥組采用220 V電源供電。后備UPS電源輸出為220 V，且電池容量低，不能滿足上述部分設(shè)備的電壓要求以及全部設(shè)備的容量要求，而且常規(guī)UPS設(shè)備存在價(jià)格貴、維護(hù)量大、故障率高等不足。

通過上述研究分析，UPS逆變輸出電壓精度、穩(wěn)定性及輸出功率大小是關(guān)鍵技術(shù)難題之一。

3 改進(jìn)方案

3.1 技術(shù)研發(fā)思路

通過應(yīng)用在線UPS逆變電源思路，引入三相UPS逆變電源供電模式。

3.2 三相UPS逆變電源供電技術(shù)開發(fā)

3.2.1 組成結(jié)構(gòu)

圖2為三項(xiàng)UPS逆變電源系統(tǒng)框圖，通過該框圖可以看出，該逆變電源由濾波器、整流器、逆變器、隔離變壓器及靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)等模塊組成。

圖2 改進(jìn)后三相UPS電源結(jié)構(gòu)框圖

整流模塊的作用主要是將交流電（380 V/220 V）整流成穩(wěn)定的直流電源（432 VDC±2 V）供逆變器轉(zhuǎn)換。

直流系統(tǒng)輸入通過防反二極管，在系統(tǒng)失電時作為供應(yīng)電源使用，供逆變器轉(zhuǎn)換，在正常工作時直流系統(tǒng)處于后備電源狀態(tài)。

逆變器主要是把交流輸入或直流輸入電源經(jīng)整流器整流后的直流電轉(zhuǎn)換成為輸出電壓精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)的交流電。

靜態(tài)切換開關(guān)主要作為三種輸入電源間切換平臺，當(dāng)逆變器故障時，可以通過旁路供電，當(dāng)恢復(fù)正常時自動切換至逆變供電，逆變器與旁路電源保證頻率和相位同步。

3.2.2 工作原理

通過控制原理圖3可以看出：當(dāng)系統(tǒng)電壓正常時，380 V交流電源經(jīng)過濾波器、三相隔離變壓器整流成穩(wěn)定的直流電（432 V/270 V/145 VDC±2 V），并經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換為正弦波電源，經(jīng)輸出變壓器隔離后，經(jīng)靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)并經(jīng)過二次濾波后轉(zhuǎn)換為380 V/220 V電源供給用戶。

圖3 三相UPS逆變供電控制回路原理圖

當(dāng)系統(tǒng)斷電后，不間斷電源自動轉(zhuǎn)換為直流供電狀態(tài)，由蓄電池供給的直流電源經(jīng)過防反二極管后，直接給逆變器供電，經(jīng)過輸出隔離變壓器，靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)、濾波器后轉(zhuǎn)換為380 V/220 V電源供給用戶。在交流輸入斷開瞬間，直流電將自動快速投入，輸入電壓無任何間斷。

當(dāng)交流380 V系統(tǒng)電源及直流電源出現(xiàn)故障時，由旁路電源進(jìn)行供電，經(jīng)過靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)及濾波器后轉(zhuǎn)換為380 V/220 V電源供給用戶。

4 應(yīng)用效果

采用三相UPS逆變電源技術(shù)后，利用原有TRT所帶的直流供電系統(tǒng)（直流充供電裝置及蓄電池），為三相UPS逆變電源提供了穩(wěn)定的直流輸入，避免了重復(fù)投資，節(jié)約成本效果顯著。

同時有效解決了后備式UPS電源輸出只有220 V交流電源的弊端，通過輸出380 V/220 V電源，將現(xiàn)有TRT重要設(shè)備輸入電源接入三相UPS電源，諸如旁通閥、進(jìn)出口大型閥門、快切閥等重要設(shè)備，通過改造，由于供電可靠，有效保障了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。