石化企業(yè)工業(yè)UPS及其蓄電池的選取

石化企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)是高溫高壓、易燃易爆、連續(xù)生產(chǎn)，任何時(shí)候都要確保離散控制系統(tǒng)（DCS）和緊急停車系統(tǒng)（ESD）的正常供電，包括最新的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的正常供電。既要保證平時(shí)的連續(xù)生產(chǎn)，又要保證在緊急情況下能夠安全停車，避免發(fā)生火災(zāi)爆炸等重大事故。這就對控制系統(tǒng)供電電電源提出了非常高的要求，電源要穩(wěn)定、可靠、不間斷，UPS（不間斷電源）技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用也越來越引起人們的關(guān)注。
1、石化企業(yè)UPS的選取
基本要求：對于石化企業(yè)來講，由于現(xiàn)場環(huán)境相對惡劣，運(yùn)行條件相對復(fù)雜，對UPS的可靠性要求更高，因此，石化企業(yè)要求使用的UPS為工業(yè)型，所謂工業(yè)型UPS：一是該類型UPS能夠在相對惡劣的工業(yè)環(huán)境下長期運(yùn)行；二是對該類型UPS的可靠性要求更高，要采用模塊化設(shè)計(jì)，關(guān)鍵模塊和元件要冗余配置，要有高速高可靠的內(nèi)部總線技術(shù)，要有完善的內(nèi)部故障診斷功能；三是要考慮防浪涌、防電磁干擾EMI、防輻射干擾RFI，防止向電網(wǎng)注入諧波，主輸入、主輸出、旁路要配備隔離變壓器、采用12脈沖整流等；四是要考慮設(shè)備的通風(fēng)和阻燃防火，考慮與電氣SCADA系統(tǒng)或監(jiān)控臺站的通信，考慮測量、報(bào)警信號的遠(yuǎn)傳等等。工業(yè)型UPS平均無故障時(shí)間要在170000小時(shí)以上，并能夠充分利用現(xiàn)場資源，與現(xiàn)場其它設(shè)備進(jìn)行兼容，比如直流環(huán)節(jié)設(shè)為220v，可將現(xiàn)場直流盤直接引入，節(jié)省一組蓄電池等，UPS風(fēng)扇應(yīng)考慮冗余配置，當(dāng)一臺風(fēng)扇故障時(shí)不影響UPS正常運(yùn)行。
主要技術(shù)參數(shù)（以三進(jìn)單出為例）：輸入電壓允許范圍應(yīng)為400VAC±15%，輸入頻率允許范圍應(yīng)為50Hz±10%；輸出電壓偏差范圍應(yīng)小于220VAC±1%，輸出頻率偏差范圍應(yīng)小于50Hz±0.05Hz，輸出總諧波失真率應(yīng)<3%；整機(jī)效率應(yīng)>90%，過負(fù)荷能力應(yīng)達(dá)到：（150%60秒125%10mins110%1小時(shí)），噪聲水平應(yīng)達(dá)到：1m處小于60dB，平均無故障時(shí)間應(yīng)大于170000小時(shí)。
目前，國內(nèi)石化企業(yè)采用的主流工業(yè)型UPS品牌主要有GUTOR（原產(chǎn)地瑞士）、AEG（原產(chǎn)地德國）、MEG（原產(chǎn)地法國）、CHLORIDE等，這幾家UPS廠商都有比較成熟的產(chǎn)品系列如GUTOR的PEW10005-200KVA三進(jìn)單出系列，PDW300010-220KVA三進(jìn)三出系列；AEG的PROTECT3.31三單系列和PROTECT3.33三三系列，以及PROTECT5.31三單系列和PROTECT5.33三三系列；MEG的產(chǎn)品中彗星、北極星、銀河等系列產(chǎn)品在民用產(chǎn)業(yè)中有較高的市場占有率，PLANET行星系列為工業(yè)機(jī)型，相比自身的其他系列更適合工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。這幾家的UPS各有特點(diǎn)，比如GUTOR性能優(yōu)良，但價(jià)格昂貴，而MEG在價(jià)格上有一定優(yōu)勢，AEG性能可靠，價(jià)格適中。
2、蓄電池的選取
(1)蓄電池的概念：電化學(xué)電池是一種把氧化-還原反應(yīng)所釋放出來的能量直接轉(zhuǎn)化為低壓直流電能的裝置。蓄電池是能將化學(xué)能和直流電能相互轉(zhuǎn)化且放電后能經(jīng)充電能復(fù)原重復(fù)使用的裝置。
(2)蓄電池的分類：常用的蓄電池有鉛酸、鎘鎳、氫鎳和鋰離子電池。
(3)由于鉛酸蓄電池具有性能可靠、高度的免維護(hù)性，目前，絕大部分的UPS都配備的是免維護(hù)型鉛酸蓄電池，當(dāng)然普通鉛酸蓄電池也有一些缺點(diǎn)，如使用壽命偏低、抗熱失控性能差等，但這些問題由于新產(chǎn)品的出現(xiàn)已得到了有效解決，這些將在下面介紹。
(4)鉛酸蓄電池組成和用途：鉛酸蓄電池的電極主要由鉛制成，電解液是一定配比的硫酸溶液。鉛蓄電池開路電壓為2.0V。鉛酸蓄電池按用途可主要分為：起動型蓄電池、固定型、牽引動力型等，UPS配用的蓄電池為固定性。
(5)鉛酸蓄電池分類：鉛酸蓄電池又分為普通鉛酸蓄電池和鉛酸膠體蓄電池。
(6)膠體蓄電池工作原理：膠體電解液的主要成份為一種粒徑近乎于納米級的功能化合物，流變性較好，容易實(shí)施對鉛蓄電池的配液灌裝。膠體電解液進(jìn)入蓄電池內(nèi)部或充電若干小時(shí)后，會逐漸發(fā)生膠凝，使液態(tài)電解質(zhì)轉(zhuǎn)態(tài)為膠狀物，膠體中添加有多種表面活性劑，有助于灌裝蓄電池前抗膠凝，而且有助于灌裝蓄電池后防止極板硫酸鹽化，減小對板柵的腐蝕，提高極板活性物質(zhì)的反應(yīng)利用率。
(7)膠體電池與普通鉛酸蓄電池性能比較。膠體蓄電池是鉛酸類蓄電池的新一代產(chǎn)品，因其電解質(zhì)是膠體狀物質(zhì)而得以命名。膠體蓄電池大幅地改善了原有鉛酸蓄電池溢酸、抗熱失控性能差，壽命短等缺陷，體現(xiàn)出長壽命、溫度適應(yīng)范圍廣、自放電率低、良好的抗熱失控性能、一致性好、安全、環(huán)保等一系列杰出特性。
其特點(diǎn)為：密封結(jié)構(gòu)，電解液凝膠，無滲漏；充放電無酸霧、無污染，安全、對環(huán)境友好自放電極小，可儲存兩年無需充電立即投入運(yùn)行12年超長使用壽命。深放電循環(huán)性能優(yōu)良：放電至“0”V，能正常恢復(fù)適用環(huán)境范圍廣，可在-40℃至70℃溫度范圍內(nèi)使用容量高，充電接受能力強(qiáng)浮充電流小，電池發(fā)熱量少。電解液不分層設(shè)計(jì)簡潔，免維護(hù)，可任意方位放置，因此，現(xiàn)在UPS所配備的蓄電池絕大多數(shù)為免維護(hù)鉛酸膠體蓄電池。
3、石化企業(yè)UPS及其蓄電池容量的選取
3.1UPS容量的選取
UPS容量的選取主要是根據(jù)負(fù)載電流，由于石化企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的特點(diǎn)，一旦儀表控制電源出現(xiàn)問題造成裝置停車，不僅經(jīng)濟(jì)損失巨大，而且在緊急情況下需要儀表聯(lián)鎖控制系統(tǒng)進(jìn)行安全停車，失去了電源意味著更大的直接損失，甚至燃燒、爆炸、人員傷害等事故的發(fā)生。因此，石化企業(yè)UPS配置逐步形成了冗余配置的原則，為避免高負(fù)荷的發(fā)熱狀態(tài)，在一些企業(yè)中要求單臺UPS帶全負(fù)荷時(shí)，其負(fù)荷率應(yīng)在50%～60%，并且設(shè)單獨(dú)的UPS室，安裝空調(diào)降低環(huán)境溫度，保證UPS系統(tǒng)在相對良好的環(huán)境中工作。
3.2蓄電池容量的選取
蓄電池是UPS的儲能裝置，在UPS工作中，當(dāng)遇到市電中斷的情況時(shí)，蓄電池為UPS充當(dāng)電源，提供直流電，經(jīng)UPS自身裝置---逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，輸出到負(fù)載，支持負(fù)載正常運(yùn)作。所以，蓄電池是UPS不可缺少的一部分，在整個(gè)UPS的運(yùn)作中起著重要作用，蓄電池的供電狀況直接影響著UPS在市電中斷情況下的工作狀況。
UPS選配電池參考以下幾個(gè)方面：
(1)根據(jù)UPS工作環(huán)境選擇蓄電池種類：
如果環(huán)境條件較差、溫度范圍廣，則宜選擇膠體電池。
(2)根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電情況以及負(fù)載工作狀況估計(jì)UPS所需后備時(shí)間：
石化企業(yè)考慮安全停車的需要，后備時(shí)間一般設(shè)為30分鐘。