圖表 2 液氯泄漏處理現(xiàn)場(chǎng)

2．系統(tǒng)設(shè)備的需求分析
2.1 液氯生產(chǎn)裝置供電需求
液氯企業(yè)的氯氣泄露，產(chǎn)生的原因主要有三種：
A 、操作人員違章操作；B、生產(chǎn)設(shè)備本身的故障；C、由于斷電斷水造成的化學(xué)反應(yīng)失控。
　　其中斷電是最常發(fā)生的一種情況。為了防止斷電造成損失，就需要配置UPS并構(gòu)建可靠的不間斷電源系統(tǒng)。
　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50052-95）》，電力負(fù)荷應(yīng)根據(jù)對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經(jīng)濟(jì)上所造成損失或影響的程度進(jìn)行分級(jí)。符合下列情況之一時(shí)，應(yīng)為一級(jí)負(fù)荷。
(1)中斷供電將造成人身傷亡時(shí)；
(2)中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失時(shí)。如重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報(bào)廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報(bào)廢，國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重點(diǎn)企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程被打亂需要長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)等；
(3)中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟(jì)意義的用電單位的正常工作。如重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場(chǎng)館、經(jīng)常用于國(guó)際活動(dòng)的大量人員集中的公共場(chǎng)所等用電單位中的重要電力負(fù)荷。
　　在一級(jí)負(fù)荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷，以及特別重要場(chǎng)所的不允許中斷供電的負(fù)荷，應(yīng)視為特別重要的負(fù)荷。
　　很明顯，液氯生產(chǎn)裝置的用電負(fù)荷應(yīng)視為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。
2.2 提高電源系統(tǒng)可靠性的四種基本思路
　　要提高電源系統(tǒng)的可靠性，通常需要考慮如下四種思路：
A、故障預(yù)防：讓電源系統(tǒng)各單元組件盡可能少出現(xiàn)故障。
B、故障弱化：當(dāng)組件發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)盡可能減少故障所造成的影響。
C、故障容錯(cuò)：當(dāng)組件發(fā)生故障時(shí)，要能讓負(fù)載設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行。
D、在線維修：組件發(fā)生故障后，可以在不停止負(fù)載設(shè)備的情況下進(jìn)行維修。
2.3 UPS電源風(fēng)險(xiǎn)分析
　　普通UPS供電方案，存在如下潛在風(fēng)險(xiǎn)，需要予以解決。
A、UPS本身發(fā)生故障，特別是逆變器故障造成不能帶載。
B、市電停電時(shí)間太長(zhǎng)，電池沒(méi)有足夠的后備延時(shí)。
C、電池故障，導(dǎo)致停電時(shí)UPS不能應(yīng)急供電。
D、電池容量不足，導(dǎo)致電池實(shí)際可供電時(shí)間比預(yù)期的時(shí)間大大縮短。
E、UPS和電池發(fā)生故障，設(shè)備管理員不能及時(shí)知情以采取應(yīng)急措施。
F、在UPS維護(hù)過(guò)程中，由市電對(duì)設(shè)備供電，如果市電斷電，將造成危害。
G、UPS本身沒(méi)問(wèn)題，但由UPS傳輸?shù)皆O(shè)備的過(guò)程中，由于電纜線、空開(kāi)等故障造成中斷。
H、化工環(huán)境帶有一定的腐蝕性，不利于UPS內(nèi)部的器件、材料長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。
2.4 UPS電源的選擇
a)選用工藝成熟、性能穩(wěn)定的機(jī)型，且應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的元器件，逆變功率器件應(yīng)采用IGBT。
b)UPS應(yīng)具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力；
1）UPS應(yīng)有較寬的輸入電壓和頻率范圍。范圍小的UPS會(huì)頻繁轉(zhuǎn)由電池供電，減少電池的后備時(shí)間，而且長(zhǎng)期放電對(duì)電池壽命明顯不利。
2）UPS應(yīng)有帶油機(jī)功能，即UPS在市電長(zhǎng)期停電時(shí)應(yīng)能由油機(jī)供電。油機(jī)供電的顯著特點(diǎn)是電壓頻率和波動(dòng)較厲害，如UPS不能適應(yīng)則可能導(dǎo)致整流器工作不正常甚至損壞。
3）UPS的EMC電磁兼容性要好，免受市電或負(fù)載的干擾。
4）由于使用環(huán)境的溫度、濕度和潔凈度可能比較差，要求UPS具備較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。
c)選用過(guò)載能力強(qiáng)，保護(hù)功能完善的UPS；
　　UPS應(yīng)能帶各種負(fù)載，過(guò)載能力強(qiáng)，而且保護(hù)功能完善。常用的保護(hù)功能有：輸出短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、電池欠壓保護(hù)、輸入過(guò)壓保護(hù)和輸出過(guò)壓保護(hù)等。
d)選用帶輸出隔離變壓器的UPS；

UPS帶輸出隔離變壓器大大提高抗負(fù)載沖擊能力，而且可以消除來(lái)自電網(wǎng)的干擾和尖峰危害。輸出隔離的結(jié)構(gòu)，使得UPS輸出保持較低零地電壓，避免高頻化結(jié)構(gòu)零線高頻電流產(chǎn)生的零地電壓?jiǎn)栴}，這對(duì)于PLC等設(shè)備尤為重要。
e)UPS應(yīng)配用優(yōu)質(zhì)電池
在市電停電后，UPS靠電池提供后備能量。如果這時(shí)電池故障，則供電中斷，系統(tǒng)宕機(jī)。大功率UPS一般是數(shù)十只電池串聯(lián)使用，單只電池?fù)p壞即有可能造成整組電池不可用。
電池有一定的使用壽命，壽命終止的電池，不管性能是否還保持良好，都建議全部更換。
f)UPS的雙機(jī)或多機(jī)熱備份系統(tǒng)
UPS作為電子設(shè)備，畢竟存在失效的可能，如果UPS發(fā)生故障，將轉(zhuǎn)由旁路供電，其負(fù)載將失去保護(hù)。對(duì)于關(guān)鍵的系統(tǒng)或部門(mén)，依靠單臺(tái)UPS保護(hù)還不夠，一般會(huì)采用二臺(tái)（或多臺(tái)）UPS構(gòu)成冗余備份系統(tǒng)，提高系統(tǒng)供電可靠性。
　　對(duì)于重要的負(fù)載，還可以考慮在負(fù)載側(cè)采用一主一從冗余備份供電的方式，解決單一路徑下電纜和空開(kāi)的單點(diǎn)故障問(wèn)題，進(jìn)一完提高可靠性。
　　g)UPS應(yīng)具備較強(qiáng)的充電能力和電池管理能力
　　大功率UPS為了保證后備時(shí)間，使用的電池容量較高，因此UPS 應(yīng)根據(jù)電池的物理化學(xué)特性和環(huán)境條件配置適宜的充電回路，并具有足夠的電池再充電能力，保證在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)電池回充。當(dāng)然UPS的充電器同樣需要較強(qiáng)的電網(wǎng)適應(yīng)能力。
　　充電器的充電方式直接影響電池的使用壽命。UPS應(yīng)能提供均充和浮充等自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式。另外，大功率的UPS，還應(yīng)能提供定期的電池測(cè)試和放電功能，方便用戶的維護(hù)和管理。
　　h)UPS應(yīng)具備智能化和網(wǎng)絡(luò)化管理功能
　　大功率UPS一般和機(jī)房計(jì)算機(jī)設(shè)備分開(kāi)放置，而且無(wú)人值守，因此如何讓設(shè)備管理員及時(shí)了解其運(yùn)行狀態(tài)特別重要。
　　常見(jiàn)的UPS監(jiān)控有四種：
　　1）通過(guò)RS232和電源管理軟件監(jiān)控。在管理員的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行軟件，對(duì)UPS監(jiān)控，但因?yàn)镽S232的有效距離只有12米，應(yīng)用受到一定限制；
　　2）通過(guò)RS485和遠(yuǎn)程監(jiān)控面板。遠(yuǎn)程監(jiān)控面板的作用相當(dāng)于把UPS的顯示面板搬到設(shè)備管理員面前，由于操作便捷，實(shí)用性強(qiáng)。
　　3）SNMP管理。這種方式一般是UPS配套SNMP適配器，管理員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理軟件對(duì)UPS監(jiān)控管理。
　　4）WAP管理。這種方式是UPS配套短信息告警器。當(dāng)UPS出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，可將相關(guān)信息按短信息的形式，發(fā)給預(yù)設(shè)定的手機(jī)號(hào)碼，提醒相關(guān)人員。
　　3．液氯工廠主生產(chǎn)設(shè)備的電源保護(hù)方案
　　3.1 主生產(chǎn)設(shè)備的電源需求
　　化工廠需要電源保護(hù)的主生產(chǎn)設(shè)備，包括有水泵、汽泵、電控閥門(mén)、風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等，它們的負(fù)載功率在10～45KW。如下是現(xiàn)場(chǎng)的一些負(fù)載設(shè)備：

　　這些負(fù)載設(shè)備，主要有如下特點(diǎn)：
　　A、呈電感性。設(shè)備內(nèi)部主要有電動(dòng)機(jī)。
　　B、對(duì)電壓的精度要求不是很高，保持在380±10%范圍即可
　　C、電源中斷的危害很大。
　　3.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的方案
　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，可以考慮科華公司的IPS工業(yè)電源提供電源保護(hù)。IPS6000工業(yè)電力電源是科華公司針對(duì)工業(yè)應(yīng)用負(fù)載及環(huán)境，采用先進(jìn)技術(shù)制造的新型綠色工業(yè)級(jí)交流保護(hù)電源，由逆變系統(tǒng)、電池充電系統(tǒng)、維護(hù)旁路、控制系統(tǒng)、電池組等組成，具有高效、安全、可靠、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
　　考慮到工業(yè)環(huán)境對(duì)供電可靠性的要求，我們采用1+1的冗余供電系統(tǒng)。

圖表 3 IPS 1+1冗余供電系統(tǒng)

方案說(shuō)明：
　　A、在系統(tǒng)的輸入端，采用二路市電和一臺(tái)ATS自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)裝置，提高前級(jí)供電可靠性。當(dāng)市電1正常時(shí)，由市電1對(duì)負(fù)載供電。如果市電1斷電，則ATS在數(shù)秒內(nèi)自動(dòng)轉(zhuǎn)到市電2供電。只有在市電1和市電2二路電源都斷電、或者中間的切換過(guò)程，才由IPS的蓄電池系統(tǒng)供電。
　　B、采用二臺(tái)300KVA的IPS電源和二臺(tái)STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，提高后級(jí)負(fù)載供電可靠性。對(duì)于STS1所帶負(fù)載，IPS1作為主電源，IPS2作為備用電源；當(dāng)IPS1正常時(shí)，由IPS1對(duì)后級(jí)負(fù)載供電。如果IPS1發(fā)生供電故障，則STS1自動(dòng)切換到IPS2供電，切換時(shí)間小于4ms。而對(duì)于STS2，IPS2作為主電源，IPS1作為備用電源，同樣由STS2提供切換功能。為了讓每臺(tái)IPS可靠工作，IPS均配置TVSS防雷器，免除雷擊和開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生的瞬間過(guò)電壓的侵襲。
　　C、IPS的電池采用知名品牌蓄電池，后備時(shí)間20分鐘。同時(shí)采用MMBM2對(duì)電池組中的每只電池進(jìn)行監(jiān)控，如果某個(gè)電池出現(xiàn)電壓、溫度異常，MMBM2將自動(dòng)報(bào)警提醒用戶。
　　D、對(duì)IPS的監(jiān)控管理，采用GSM短信息告警的形式。一旦IPS發(fā)生電源斷電、故障等情況，將自動(dòng)發(fā)短信到預(yù)定的手機(jī)號(hào)碼，通知管理人員。管理人員也可以隨時(shí)發(fā)短信息給GSM告警器，了解IPS的工作狀態(tài)。
　　3.3 方案優(yōu)點(diǎn)
　　A、可靠性
　　本方案充分體現(xiàn)提高可靠性要求的故障預(yù)防、故障弱化、故障容錯(cuò)、在線維修四個(gè)基本思想。
　　IPS專門(mén)為電機(jī)類負(fù)載設(shè)計(jì)，采用最新一代DSP控制技術(shù)，關(guān)鍵電路冗余式設(shè)計(jì)，較之普通UPS其MTBF值高出12萬(wàn)小時(shí)。
　　負(fù)載設(shè)備占單機(jī)額定功率的70%，而實(shí)際每臺(tái)IPS所帶負(fù)載只有額定容量的30～40%，并作為另外一臺(tái)IPS的備用電源，相對(duì)于滿載使用，系統(tǒng)的可靠性更高。
　　電池作為后備能源，其性能好壞與否直接影響系統(tǒng)可靠性。采用MMBM2對(duì)每個(gè)電池進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)了解每個(gè)電池的運(yùn)行狀態(tài)，如有問(wèn)題可預(yù)先處理。
　　由于采用冗余供電，市電1、市電2、IPS1和IPS2中，相互之間是獨(dú)立工作的，某一項(xiàng)出現(xiàn)問(wèn)題不會(huì)影響供電。
　　只要上述四者中有一項(xiàng)功能正常，都可以對(duì)負(fù)載提供電源。這給出現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備爭(zhēng)取了寶貴的處理時(shí)間。
　　采用STS的好處在于，IPS1和IPS2可以隨意地退出系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，維護(hù)過(guò)程中可以通電測(cè)試，不會(huì)對(duì)負(fù)載設(shè)備產(chǎn)生不良影響。
　　B、經(jīng)濟(jì)性
　　IPS的效率高于98%，較之普通的UPS節(jié)省能耗70%以上，這對(duì)工廠用電明顯節(jié)省許多開(kāi)支。
　　由于系統(tǒng)具有較強(qiáng)的故障預(yù)防能力，可最大程度地減少由于設(shè)備故障造成的經(jīng)濟(jì)損失。
　　IPS更高的平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF），可以減少設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本。
　　科華公司遍布全國(guó)的服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，為客戶提供快捷、經(jīng)濟(jì)的本地化服務(wù)。
　　C、可擴(kuò)展性
　　由于IPS留有一定的功率余量，如果負(fù)載設(shè)備小容量增加，利用現(xiàn)有設(shè)備，可以滿足供電需求。
　　IPS具有較強(qiáng)的電池回充能力，可以根據(jù)需求，擴(kuò)展電池后備延時(shí)，由現(xiàn)有的20分鐘擴(kuò)展成30分鐘甚至更長(zhǎng)。
　　IPS支持多種選配件，可以擴(kuò)展多項(xiàng)功能，包括聲光告警裝置、能量反灌處理裝置、穩(wěn)壓器、變頻器、SNMP網(wǎng)絡(luò)適配器等。
　　D、可管理性
　　IPS支持RS232、RS485、干接點(diǎn)、IP網(wǎng)絡(luò)、GSM短信息告警器等多種管理方式，具備很強(qiáng)的管理功能。
　　通過(guò)MMBM2，可對(duì)電池組中的每個(gè)電池進(jìn)行監(jiān)控管理。
　　4．液氯工廠工業(yè)控制系統(tǒng)的電源保護(hù)方案
　　隨著化工廠的不斷技術(shù)改進(jìn)，自動(dòng)化控制水平有了很大提高。在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常采用DCS控制系統(tǒng)。
　　DCS是distributed control system的簡(jiǎn)稱，意為集散控制系統(tǒng)，也稱為分布式控制系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、圖形顯示技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制和過(guò)程管理。實(shí)際應(yīng)用中，常以多臺(tái)計(jì)算機(jī)分布應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程環(huán)節(jié)，通過(guò)通信總線、顯示器、鍵盤(pán)等設(shè)備進(jìn)行操作顯示和報(bào)警。
　　對(duì)于化工企業(yè)而言，DCS控制系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，既關(guān)系到企業(yè)生產(chǎn)的安全可靠運(yùn)行，也關(guān)系到企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量、企業(yè)社會(huì)責(zé)任問(wèn)題。
　　不同的DCS控制系統(tǒng)，其工作的軟硬件不盡相同，但基本都需要一個(gè)安全穩(wěn)定的工作電源。由于DCS是24小時(shí)連續(xù)工作，依靠單臺(tái)UPS提供保護(hù)明顯不足，一旦發(fā)生UPS故障，或者UPS往DCS供電的電纜或空開(kāi)故障，將導(dǎo)致DCS出錯(cuò)、斷電等情況發(fā)生，迫使生產(chǎn)過(guò)程強(qiáng)制停車。
　　由于化工廠DCS可靠性的要求，我們推薦采用UPS的雙回路冗余供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有高度容錯(cuò)的能力，可以杜絕單點(diǎn)故障隱患。

圖表 4 UPS雙回路冗余供電系統(tǒng)

　　UPS雙回路冗余供電系統(tǒng)，采用2臺(tái)三進(jìn)三出大功率UPS組成“1+1并聯(lián)系統(tǒng)”，作為負(fù)載設(shè)備的主電源輸入，1路市電（也可以是另一路UPS）作為負(fù)載設(shè)備的備用電源輸入。如方案圖示，對(duì)于具備雙交流電源的DCS設(shè)備，可以直接接入二路輸入，分別來(lái)自UPS并機(jī)系統(tǒng)和市電回路，提高供電保障；對(duì)于單電源的DCS設(shè)備，則可其前端配置KTS冗余開(kāi)關(guān)，利用冗余開(kāi)關(guān)的冗余配電功能提高供電可靠性。
　　KTS冗余開(kāi)關(guān)屬于小功率的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，功率有1～6KVA。與STS的三相大功率靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)相比，KTS提供的是單相電源，內(nèi)部采用快速檢測(cè)技術(shù)，具備電子開(kāi)關(guān)和機(jī)械開(kāi)關(guān)，具有切換時(shí)間快，低損耗等特征。它具有二個(gè)輸入端子，一個(gè)輸出端子，只要保證有一路輸入，輸出就不會(huì)中斷。
　　采用本方案，當(dāng)主回路供電系統(tǒng)供電中斷時(shí)，負(fù)載設(shè)備切換至由備用電源回路供電；大大提高了DCS的供電可靠性，全面保護(hù)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的控制系統(tǒng)。