袁相铭
中国石化销售有限公司华中分公司 湖南长沙 41000
摘要:论述了UPS不间断电源对成品油管道SCADA系统的重要性,简单介绍了UPS的工作原理,阐述了SCADA系统对UPS的要求和对UPS的选型,根据经验总结了运行维护注意事项和故障处理。
关键词：UPS；SCADA；原理；选型
1引言
事实证明[1]，在计算机故障中，有50%以上原因是电源故障造成的。这些故障包括电网电压的过压、欠压、瞬时跌落、失压和故障停电等，也包括由于电源环境和配电设备以及传输系统乃至物理环境造成的各种干扰，幅度在几十伏的可达每日百次之多。长郴管道是一条长距离多种油品顺序输送管道，该管道起点为中石化长岭分公司，终点为郴州油库，管线全长740KM。为了实现对管道全线管输作业的统一调度管理，长郴成品油管道引进了SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition System)系统对全线的设备进行数据采集和监控。SCADA系统作为整条管道的神经中枢,其电源故障就好像后院起火一样,处理起来十分棘手 ,电源系统是SCADA系统能否正常工作的重要环节,为尽量避免因电源故障引起系统失灵,各控制制造厂家对硬件的配电部分都十分重视。因此,保证SCADA供电电源的质量和安全就显得特别重要。为此,除工业电网正常供电外,还需配备UPS(Uninterruptible Power Supply)供电系统,UPS 系统由整流模块、充电模块、逆变模块、蓄电池、自动旁路开关、手动维修旁路开关等组成 ,UPS可以向SCADA系统提供高质量、安全可靠的电源, 保证油品输送的安全、高效、平稳。
图2 UPS原理图
2.2 UPS电源工作过程
当市电正常时,直流主回路有直流电压,供给DC-AC交流逆变器,输出稳定的 220VAC交流电压,同时市电对电流充电。当任何时候市电欠压或突然掉电,则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时,不间断电源发出声光报警,并在电池放电下限点停止逆变器工作,长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能,当发生超载 (150%负载)时,跳到旁路状态,并在负载正常时自动返回。当发生严重超载(超过200%额定负载)时,不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态,此时前面空气开关也可能跳闸。消除故障后,只要合上开关,重新开机即开始恢复工作。
3 SCADA系统 UPS 的选用
3.1 SCADA对其供电要求是极其严格的
它不仅需要高质量、高稳定性的供电电源,当电网系统突然停电时,要有供电电源保持一定时间的供电,以便SCADA系统的数据能做保护性处理，并使现场仪表处于安全位置,同时还要确保工艺做紧急处理,防止故障发生。作为SCADA控制设备的不间断电源 UPS 应具有以下功能:
(1) 无论在市电模式还是在电池模式,均可输出失真度低、稳定度高的正弦波电源,为SCADA提供最佳的电源保障。
(2) 当市电停电或复电时,UPS在市电模式与电池模式之间的切换是无转换时间的,有效保证了负载运行的高可靠性。
(3) 应具有旁路供电功能,同时在用户对电源具有特殊要求时,UPS可提供旁路供电过压保护,使SCADA免于高压危险。
对于供电要求高的SCADA系统,除了要有冗余的供电外,同时要有UPS的冗余,确保供电的稳定性。
3.2 UPS 主要分为两大类三种形式
一类是后备式,另一类是在线式,还有一种介于两者之间的在线互动式。在线式UPS 具有一下优越性 :
(1) 纯正的正弦波输出:无论在市电模式还是在电池模式,均可输出失真度低、稳定度高的正弦波电源,为SCADA提供最佳的电源保障。
(2) 零切换时间当市电停电或复电时,UPS在市电模式与电池模式之间的切换是无转换时间的,有效保证了负载运行的高可靠性。
(3) 高度智能化:通过数据通讯接口,可实现一台UPS连接多台计算机系统的功能,配有电源监控软件,可以直接在计算机屏幕上监控电源与UPS运行状况,有支持异常电力信息报警、关闭及保存用户的应用程序等功能,以简化网络管理工作,并提高计算机系统的可靠性。
(4) 旁路保护功能。旁路供电功能使UPS应急处理能力大为提高,同时在用户对电源具有特殊要求时,在线式UPS可提供旁路供电过压保护,使SCADA免于高压危险。
频率稍有变化和波形的畸变,将会严重干扰SCADA正常运行,因此要求选用高质量、高稳定度且切换时间短的UPS系统。在线式UPS电源系统具有供电的零时间切换等诸多优点。因此,湖南管道采用的青岛创统科技发展有限公司HW系列在线式UPS 作为SCADA供电系统，该系列具有安全裕量大、智能化的多CPU控制、宽广的市电输入电压范围、长延时型供电设计、隔离式设计等诸多优点。
3.3 在线式UPS工作原理及选用
图3 在线式UPS
（下转第223页）在线式UPS 在市电正常时[3],由市电进行 整流提供直流电压给逆变器工作,由逆变器向负载提供交流电,在市电异常时,逆变器由电池提供能量,逆变器始终处于工作状态,保证无间断输出。其特点是,有极宽的输入电压范围,无切换时间且输出电压 稳定精度高 ，特别适合对电源要求较高的场合。另外UPS 的选用还应考虑 UPS 蓄电池容量全负荷下使用 30 分钟以上,减负荷下保障供电 4小时以上;UPS 的容量应根据SCADA系统的耗电量来选择 ,一般SCADA耗电量为UPS 额定电功率的60%～70%。湖南管道根据实际负荷情况，泵站、调度中心采用的30KVA、下载站采用的20KVA的容量，保证在市电中断的情况下，能保证SCADA系统运行两个小时以上。
4 UPS的运行维护及事故处理
4.1 日常维护
(1)UPS应放在无有害气体、无剧烈振动、无强磁作用、环境温度为-10℃～+ 40 ℃ 、相对湿度小于85%及通风良好的室内。
(2)UPS 应定期清洁保养,勿沾染灰尘,确保机器寿命；清洁时,要用软布擦拭 。
(3)UPS 应避免频繁开停机,最好在长时间开机状态。
(4) 如市电一直正常,UPS 没有工作的机会,其电池在长期浮充状态有可能损坏,应定期对UPS进行充放电,这样不仅可以活化电池 ,也可检验UPS是否状态正常。
(5)UPS 在使用后应立即进行充电,使电池恢复到正常状态。
(6)每天查看UPS操作显示屏,确认UPS电源的运行状态指示灯是否在正常运行状态，并做好记录。
(7) 每周在 UPS 电源的显示屏查看电池的浮充电压、UPS的输出电压、电流 ,与以前数据进行比较,如数据变化比较大,则应及时查明原因。
(8)每天检查时用耳听UPS电源是否有异常响动,主要是功率模块及隔离输出变压器的冷却风扇,以及变压器是否有异常的震动声音。
(9)UPS 进出风口要保持通畅,每月应定期检查进出风口是否有异物堵塞。
4.2 故障处理
当电源在运行过程中出现报警时,切勿慌乱操作的任何开关和按钮,以免将事故扩大甚至造成输出中断。当电源出现报警时,首先应看清显示面板上的状态指示灯及液晶显示屏的提示,UPS具有自诊断功能,一旦出现故障会通过状态指示灯液晶屏提供的故障类型、故障时间等信息,待看清状态指示灯及液晶显示屏提供故障类型后,再根据不同的故障类型进行相应的处理,运行过程中经常出现以下几种故障有一下几种[4]:
(1)市电故障: 也就是交流输入停电或出现大范围的波动UPS出现告警 ,同时也出现电池放电告警信息,此时UPS面板状态指示灯的交流输入灯熄灭,电池放电灯亮 ；此时首先要确定是否市电故障 ,检查UPS 输入开关是否跳闸或保险丝是否熔断,如确实为市电故障 ,在不知道恢复时间的情况下,把不重要的负载切除掉,以保证重要负载的不间断供电。
(2) 逆变器故障 : 出现该报警的同时,也出现自动旁路开关带载报警 ,此时应首先确认在面板上是否同时出现逆变器超载报 警 ,如有就查看液晶显示屏上的输出电流 ,如超过额定电流,则关闭不重要的负载 ,直到输出电流小于额定输出电流 ,然后按复位键消除报警后重新启动逆变器 ,如没有超载报警信号 ,说明逆变器不是因为冲击电流而保护关闭,而是IGBT（可控硅）器件或驱动控制有故障,应及时通知厂家进行维修。
（3）充电器故障：通过比较数据，发现电池组电压一直在下降，同时，充电器主板上有报警指示，这表明充电器没有正常工作，电池一直处于放电状态，这时一般重启充电器即能消除。若重启后仍不能进行充电，可能充电模块故障，应及时通知厂家进行维修。
(4)无旁路输出故障: 当市电输入电源正常，旁路开关合，UPS出现故障时，或逆变器开关、充电器开关、电池开关关闭情况下，应有旁路输出。当无旁路输出时，重点检查机柜内交流接触器是否损坏或接触不良，导致旁路无法送上。
5 综述
只要UPS不间断电源系统配置合理,日常维护和保养得当,做到防患于未然,就可以使UPS运行稳定、可靠,从而向SCADA系统安全、可靠、高质量地供电 ,确保成品油管道安全、高效，平稳运行。
参考文献:
[1] 输油工培训教材（第一册）.销售企业成品油管道培训中心
[2] 王其英 , 何春华 .UPS 供电系统综合解 决方案 / 电源系列 .电子工业出版社 ,2005.
[3] 李成章 . 现代 UPS电源及电路图集 . 电子工业出版社 ,2001.
[4] 徐国家 .UPS电源维修手册. 电子工业出版社 ,2008.
论文作者:袁相铭
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/29
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