浅析石化企业中工业UPS及其蓄电池的选取

　　石化企业的生产特点是高温高压、易燃易爆、连续生产，任何时候都要确保离散控制系统（DCS）和紧急停车系统（ESD）的正常供电，包括最新的现场总线控制系统的正常供电。既要保证平时的连续生产，又要保证在紧急情况下能够安全停车，避免发生火灾爆炸等重大事故。这就对控制系统供电电电源提出了非常高的要求，电源要稳定、可靠、不间断，UPS（不间断电源）技术的发展和应用也越来越引起人们的关注。 1、石化企业UPS的选取 　　基本要求：对于石化企业来讲，由于现场环境相对恶劣，运行条件相对复杂，对UPS的可靠性要求更高，因此，石化企业要求使用的UPS为工业型，所谓工业型UPS：一是该类型UPS能够在相对恶劣的工业环境下长期运行；二是对该类型UPS的可靠性要求更高，要采用模块化设计，关键模块和元件要冗余配置，要有高速高可靠的内部总线技术，要有完善的内部故障诊断功能；三是要考虑防浪涌、防电磁干扰EMI、防辐射干扰RFI，防止向电网注入谐波，主输入、主输出、旁路要配备隔离变压器、采用12脉冲整流等；四是要考虑设备的通风和阻燃防火，考虑与电气SCADA系统或监控台站的通信，考虑测量、报警信号的远传等等。工业型UPS平均无故障时间要在170000小时以上，并能够充分利用现场资源，与现场其它设备进行兼容，比如直流环节设为220v，可将现场直流盘直接引入，节省一组蓄电池等，UPS风扇应考虑冗余配置，当一台风扇故障时不影响UPS正常运行。 　　主要技术参数（以三进单出为例）：输入电压允许范围应为400VAC±15%，输入频率允许范围应为50Hz±10%；输出电压偏差范围应小于220VAC±1%，输出频率偏差范围应小于50Hz±0.05Hz，输出总谐波失真率应<3%；整机效率应>90%，过负荷能力应达到：（150%60秒125%10mins110%1小时），噪声水平应达到：1m处小于60dB，平均无故障时间应大于170000小时。 　　目前，国内石化企业采用的主流工业型UPS品牌主要有GUTOR（原产地瑞士）、AEG（原产地德国）、MEG（原产地法国）、CHLORIDE等，这几家UPS厂商都有比较成熟的产品系列如GUTOR的PEW10005-200KVA三进单出系列，PDW300010-220KVA三进三出系列；AEG的PROTECT3.31三单系列和PROTECT3.33三三系列，以及PROTECT5.31三单系列和PROTECT5.33三三系列；MEG的产品中彗星、北极星、银河等系列产品在民用产业中有较高的市场占有率，PLANET行星系列为工业机型，相比自身的其他系列更适合工业现场环境。这几家的UPS各有特点，比如GUTOR性能优良，但价格昂贵，而MEG在价格上有一定优势，AEG性能可靠，价格适中。 2、蓄电池的选取 (1)蓄电池的概念：电化学电池是一种把氧化-还原反应所释放出来的能量直接转化为低压直流电能的装置。蓄电池是能将化学能和直流电能相互转化且放电后能经充电能复原重复使用的装置。 (2)蓄电池的分类：常用的蓄电池有铅酸、镉镍、氢镍和锂离子电池。 (3)由于铅酸蓄电池具有性能可靠、高度的免维护性，目前，绝大部分的UPS都配备的是免维护型铅酸蓄电池，当然普通铅酸蓄电池也有一些缺点，如使用寿命偏低、抗热失控性能差等，但这些问题由于新产品的出现已得到了有效解决，这些将在下面介绍。 (4)铅酸蓄电池组成和用途：铅酸蓄电池的电极主要由铅制成，电解液是一定配比的硫酸溶液。铅蓄电池开路电压为2.0V。铅酸蓄电池按用途可主要分为：起动型蓄电池、固定型、牵引动力型等，UPS配用的蓄电池为固定性。 (5)铅酸蓄电池分类：铅酸蓄电池又分为普通铅酸蓄电池和铅酸胶体蓄电池。 (6)胶体蓄电池工作原理：胶体电解液的主要成份为一种粒径近乎于纳米级的功能化合物，流变性较好，容易实施对铅蓄电池的配液灌装。胶体电解液进入蓄电池内部或充电若干小时后，会逐渐发生胶凝，使液态电解质转态为胶状物，胶体中添加有多种表面活性剂，有助于灌装蓄电池前抗胶凝，而且有助于灌装蓄电池后防止极板硫酸盐化，减小对板栅的腐蚀，提高极板活性物质的反应利用率。 (7)胶体电池与普通铅酸蓄电池性能比较。胶体蓄电池是铅酸类蓄电池的新一代产品，因其电解质是胶体状物质而得以命名。胶体蓄电池大幅地改善了原有铅酸蓄电池溢酸、抗热失控性能差，寿命短等缺陷，体现出长寿命、温度适应范围广、自放电率低、良好的抗热失控性能、一致性好、安全、环保等一系列杰出特性。 其特点为：密封结构，电解液凝胶，无渗漏；充放电无酸雾、无污染，安全、对环境友好自放电极小，可储存两年无需充电立即投入运行12年超长使用寿命。深放电循环性能优良：放电至“0”V，能正常恢复适用环境范围广，可在-40℃至70℃温度范围内使用容量高，充电接受能力强浮充电流小，电池发热量少。电解液不分层设计简洁，免维护，可任意方位放置，因此，现在UPS所配备的蓄电池绝大多数为免维护铅酸胶体蓄电池。 3、石化企业UPS及其蓄电池容量的选取 3.1UPS容量的选取 　　UPS容量的选取主要是根据负载电流，由于石化企业连续生产的特点，一旦仪表控制电源出现问题造成装置停车，不仅经济损失巨大，而且在紧急情况下需要仪表联锁控制系统进行安全停车，失去了电源意味着更大的直接损失，甚至燃烧、爆炸、人员伤害等事故的发生。因此，石化企业UPS配置逐步形成了冗余配置的原则，为避免高负荷的发热状态，在一些企业中要求单台UPS带全负荷时，其负荷率应在50%～60%，并且设单独的UPS室，安装空调降低环境温度，保证UPS系统在相对良好的环境中工作。 3.2蓄电池容量的选取 　　蓄电池是UPS的储能装置，在UPS工作中，当遇到市电中断的情况时，蓄电池为UPS充当电源，提供直流电，经UPS自身装置---逆变器转换为交流电，输出到负载，支持负载正常运作。所以，蓄电池是UPS不可缺少的一部分，在整个UPS的运作中起着重要作用，蓄电池的供电状况直接影响着UPS在市电中断情况下的工作状况。 UPS选配电池参考以下几个方面： (1)根据UPS工作环境选择蓄电池种类： 如果环境条件较差、温度范围广，则宜选择胶体电池。 (2)根据当地电网供电情况以及负载工作状况估计UPS所需后备时间： 石化企业考虑安全停车的需要，后备时间一般设为30分钟。