石化企业是一种连续性大规模生产的企业,特别是在当今自动化水平日益提高的趋势下,对于高度自动化的仪表控制系统的依赖性也越来越大,一旦仪表系统失电,在很短的时间内就会造成极大的损失,甚至会造成较大的爆炸事故及人身伤亡事故。因此对于仪表电源的可靠性、稳定性及连续性的要求越来越高,就是说要求不能停电。而这正是不间断供电系统的用武之地。
　　
　　然而任何UPS都不能保证100%可靠，有时往往正是UPS本身出问题而造成仪表停电。故此，很多专业人士都在不停探讨如何最大限度地降低UPS系统的故障率。现在就笔者从事电气专业工作十年来对于UPS运行方式谈一些经验和体会。
　　
　　1 UPS的基本结构
　　
　　UPS的基本结构包括:整流/充电器模块、逆变器模块、电池单元、静态旁路模块、手动维修旁路,如图1所示。对于UPS基本电路结构中各部分的详细工作原理,由于大家已基本熟知,且本文主要对UPS系统运行方式进行探讨,故此不作赘述。

图1 UPS基本结构图

　　2 UPS基本类型
　　
　　UPS基本类型有:后备式、互动式和双变换式。
　　
　　(1)后备式和互动式
　　
　　后备式和互动式UPS平时走旁路,电源故障时由蓄电池组供电,切换时间较长,不能满足工业使用要求,故在石化企业中基本不使用。
　　
　　(2)双变换式
　　
　　双变换式UPS的负载电流始终走逆变器,输出纯正弦波,可以实现无间断切换。当主电源故障或消失时首先由电池供电,当电池耗尽或过载时由旁路供电;当主电源恢复正常时若后备时间未结束,则自动恢复正常供电。除此之外,该类UPS逆变器输出不受输入市电影响,可以在市电停电、电压波动、频率变化以及电压持续过压或低压等情况下,依然向负载持续稳定地输出较为纯净的电源。
　　
　　所以,双变换式UPS是最适合在石化企业应用的一类UPS,也是目前在石化企业中使用最普遍的一类UPS。
　　
　　3 UPS输入输出形式
　　
　　考虑到供电系统的三相平衡性,石化企业中UPS的输入输出形式目前主要选用三进三出和三进单出两种形式。

　　三进三出的UPS输入、输出电缆均采用三相电缆,在安装时输入、输出及旁路电缆必须逐一核对无误,否则会在使用和操作中造成相间短路事故。三进单出的UPS出线是单相的，则不存在此问题(除非需要安装外接手动旁路开关或并机)，在安装及使用时不易出错，从而使安装及操作更加简单。
　　
　　三进三出的UPS相对于三进单出的UPS,其电池组的电池数量较多,从而造成安装及日常维护电池的工作量较大、接线多、故障点也多,所需电池监控设备的监控点也多。
　　
　　从负载的分配来讲,三进三出UPS的负载必须尽量平均地分配于输出的每一相,否则有可能造成负载较大一相过载，即使其它相负载为零，UPS也会判定为整体过载，甚至停机。三进单出的UPS由于输出只有一相，所有负载都在此相上，只要保证总负载不超出UPS容量限制就不会出现过载现象。
　　
　　综上所述,似乎三进单出的UPS在各方面都具有一定的优势,但其应用还是有很大局限性的。比如,单出的UPS只能提供单相电源,满足不了三相负载的要求;再如,单出的UPS其旁路也是单相的,在切换到旁路运行后,极易造成上级电源系统的瞬间单相过载,这也是20kVA以上的UPS很少采用三进单出的原因。
　　
　　由此可见,三进三出的UPS更适合对电源稳定性要求较高的石化企业。
　　
　　4 UPS系统运行方式
　　
　　到目前为止,应用较多的UPS系统运行方式总体上分为4种:单机、主从热备、双机并联、双单机。以下就各种运行方式,结合工作经验进行一下分析与探讨。
　　
　　4.1 单机运行方式
　　
　　单机UPS运行方式,基本上就是一台在线式UPS向负载供电,其系统运行方式参见图1。
　　
　　此运行方式结构十分简单,操作与维护方便,所以至今在一些非关键点还在继续使用。但由于只有一台UPS向负载供电,所以一旦该UPS出现故障,将立即影响负载的电源供应。2001年,本厂脱硫制硫装置UPS故障,造成仪表工作电源中断,就是这种单机运行方式。
　　
　　另外,即使UPS故障后成功转旁路,没有造成仪表电源中断,由于其主机内部还有部分带电,检修时又不能停电,所以造成检修过程有较大危险性。2003年,本厂2#常减压装置原有UPS故障就是这种情况。当时检修的过程“如临大敌”,各级领导亲临现场,气氛十分紧张,幸好检修工作非常顺利,没有造成大的影响。
　　
　　之后,在单机UPS系统的电源开关箱内输入与输出之间加一个外接旁路开关,在需要检修UPS时,可实现无间断操作,使UPS完全隔离出来。但此种运行方式只是解决了检修的安全性与方便性,并不能提高UPS系统运行的可靠性。
　　
　　4.2 主从热备运行方式
　　
　　主从热备UPS运行方式如图2所示。

图2 主从热备UPS系统原理图

　　由图中可以看出,实际上此种运行方式并未改变UPS的任何内部结构,只是将一台UPS的输出接入另一台UPS的旁路电源。这样可以在主机主电源失电且电池放电结束转旁路后,旁路电源输出给负载的依然是另一台UPS逆变器的输出,既延长了一倍的后备时间,又可以在主机故障转旁路时,负载接受的依然是稳定的UPS输出电源(即从机UPS的逆变输出),此时主机UPS可以从容地退出,进行检修,而且如果从机UPS故障,也可随时退出进行检修。除此之外,由图2还可以看出,此种运行方式相当于有三路电源输入,又提高了可靠性。
　　
　　与此同时,主从热备运行方式还有一个优点,就是不同品牌、不同型号、不同容量的UPS均可以组成此种运行方式,灵活性很好。
　　
　　虽然主从热备UPS运行方式有一系列的优点,但在日常运行中也发现了很多问题。
　　
　　(1)从机长期处于热备用状态，其内部元件(包括电池)长期无谓的消耗电能，大大减低了设备效率;
　　
　　(2)由于从机长期空载运行,当主机故障切旁路时,从机瞬间满负载输出,很可能耐受不了冲击而发生故障,反而增加了故障率。本厂1#加氢裂化装置新氢机励磁控制系统原来的UPS系统就是这种情况,后来就改成了单机。