電動機不間斷電源系統(tǒng)(MUPS)在化工企業(yè)的應(yīng)用(改)

1、電動機不間斷電源系統(tǒng)（MUPS）在化工企業(yè)的應(yīng)用 麻志東 （貴州開陽化工有限公司 貴州開陽 550300）摘要：化工企業(yè)特別重要電動機在全廠失電或供電電壓波動時是否能正常運行是保障化工生產(chǎn)設(shè)備、人身安全的必要條件，本文主要介紹基于VVVF（變頻器）及DC-BANK（直流支撐系統(tǒng)）組織架構(gòu)的不間斷電源系統(tǒng)（MUPS）組成、功能特點等內(nèi)容，重點介紹DC-BANK（直流支撐系統(tǒng)）工作模式、工作原理、控制邏輯說明和DC-BANK主要設(shè)備選擇及在變頻器抗電網(wǎng)晃電應(yīng)用情況及效果。關(guān)鍵字：電動機不間斷電源系統(tǒng)MUPS；直流支撐系統(tǒng)；變頻器；1、概述電動機不間斷電源系統(tǒng)Motor Uninterruptibl

2、e Power System（簡稱MUPS），MUPS (電動機不間斷電源系統(tǒng))一套直流支撐系統(tǒng)DC-BANK可支持多臺乃至上百臺變頻器VVVF在電網(wǎng)晃電、停電時無間斷工作。因此MUPS是針對電動機群的理想電源系統(tǒng)。該電源系統(tǒng)特別適用于連續(xù)生產(chǎn)的化工企業(yè)。當(dāng)主電源失電后，MUPS將確保特別重要電動機組繼續(xù)運行使生產(chǎn)工藝過程有時間緊急處理、安全停車或繼續(xù)運行。2 、MUPS的性能特點結(jié)構(gòu)簡單可靠，系統(tǒng)未用常規(guī)UPS向VVVF提供交流電源，而采用MUPS向VVVF提供直流電源，從而減少了AC/DC、DC/AC 兩次變換，硬件成本減少，可靠性提高。常規(guī)UPS整流充電器既要對蓄電池充電，還須向逆變器提

3、供額定直流功率，而MUPS充電器只對電池充電，其功率僅為常規(guī)UPS的10%左右，成本低，可靠性高。該系統(tǒng)包含接入系統(tǒng)中的所有電動機的啟動控制和保護元件。 電動機享有VVVF的軟啟動、調(diào)速等功能，并具備短路、接地故障和過載等保護特性。 充電器具有穩(wěn)壓、限流功能，及浮充溫度補償功能。 PLC的編程對每臺電動機的啟動、停止和蓄電池定期向假負載放電實施監(jiān)控。 系統(tǒng)各回路完全獨立，檢修某回路VVVF及其控制保護電路等，不影響其他回路工作。 采用IGBT逆變功率器件和微處理器控制。 靜態(tài)開關(guān)采用在線跟蹤和電壓自動監(jiān)控，保證主電源失電時，系統(tǒng)瞬時切換到電池供電,變頻器的輸出沒有任何中斷。3、MUPS系統(tǒng)組成

4、及基本原理圖MUPS系統(tǒng)是基于VVVF(變頻器)及DC-BANK（直流支撐系統(tǒng)）的組織構(gòu)架?；炯軜?gòu)見圖（1）圖（1）基本架構(gòu)圖 直流電源支撐裝置DC-BANK主要由蓄電池BAT、整流充電器CD1、靜態(tài)開關(guān)SW1、快速熔斷器QD1、直流接觸器MF1、電動機M、執(zhí)行單元控制器等組成。蓄電池采用免維護全密封鉛酸電池。整流器的功率逆變管采用進口快速IGBT，其余元件采用進口工業(yè)等級器件，生產(chǎn)工藝嚴格完整，保證機器的可靠性和穩(wěn)定性，整套MUPS系統(tǒng)設(shè)備，即包括VVVF、DCBANK在內(nèi)。如果用戶已裝有變頻器VVVF，則可提供DCBANK直流支撐系統(tǒng)。VVVF +DC-BANK變頻器+直流電源支撐裝置電

5、氣原理圖如圖（2） 所示。 圖（2） VVVF +DC-BANK變頻器+直流電源支撐裝置電氣原理圖4、DC-BANK系統(tǒng)的工作模式 直流支撐系統(tǒng)DC-BANK有三種工作模式： 4.1、正常工作模式：由廠用電通過具有雙變換及軟起動功能的VVVF驅(qū)動電動機，充電器對電池浮充電。 4.2、斷電工作模式：靜態(tài)開關(guān)SW開通，蓄電池直流電通過VVVF驅(qū)動電動機；廠用電恢復(fù)，系統(tǒng)自動恢復(fù)正常工作。轉(zhuǎn)換過程不斷電。4.3、檢修工作模式：每個回路相對獨立，n臺PLC分路獨立管理n臺VVVF，并對直流系統(tǒng)監(jiān)控。5、DC-BANK工作原理及性能特點5.1直流支撐DC-BANK系統(tǒng)工作原理 當(dāng)電網(wǎng)供電正常時，靜態(tài)開關(guān)

6、SW1處于關(guān)斷狀態(tài)，切斷電池組BAT與變頻器的通路，直流支撐系統(tǒng)裝置通過整流設(shè)備對蓄電池組進行浮充電，裝置儲能；當(dāng)交流電源低于變頻器低壓保護值時，監(jiān)控系統(tǒng)觸發(fā)靜態(tài)開關(guān)SW1瞬間導(dǎo)通，可以做到變頻器由交流供電和由電池組供電的瞬時轉(zhuǎn)換。變頻器，由AC/DC整流器、DC/AC逆變器等組成；直流支撐系統(tǒng)DC-BANK: 由電池組BAT、充電器CD1、靜態(tài)開關(guān)SW1、控制器PLC等組成；M: 電動機。5.2 DC-BANK系統(tǒng)性能特點 1）結(jié)構(gòu)合理可靠：用DC-BANK系統(tǒng)直接向變頻器VVVF提供直流電源。和傳統(tǒng)的不間斷電源UPS相比，減少了AC/DC、DC/AC 兩次變換，硬件費用減少，可靠性提高。常

7、規(guī)不間斷電源UPS整流充電器與變頻器處于串聯(lián)狀態(tài)，既要對電池充電，還須向逆變器提供額定直流功率，而DC-BANK充電器處于并聯(lián)狀態(tài)，平時只對電池浮充電，成本低，可靠性高。 2）DC-BANK系統(tǒng)不影響原來設(shè)備的全部工作狀態(tài)。電動機享有VVVF的軟啟動、調(diào)速等功能，并具備短路、接地故障和過載等保護特性。充電器具有穩(wěn)壓、限流功能。 3）DC-BANK系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)可以記錄、儲存和顯示。采用方便檢修維護的模塊化結(jié)構(gòu)，并聯(lián)使用。系統(tǒng)各回路完全獨立，檢修某回路變頻器VVVF及其控制保護電路等，不影響其他回路工作。系統(tǒng)相關(guān)部件采用IGBT逆變功率器件和微處理器控制。 4）靜態(tài)開關(guān)采用在線跟蹤和電壓自動監(jiān)控，

8、保證主電源電壓波動和失電時，系統(tǒng)瞬時切換到電池供電,變頻器的輸出頻率沒有變化。6、DC-BANK系統(tǒng)控制邏輯說明： 圖（3）DC-BANK與變頻器控制邏輯簡圖1）變頻器啟動、停止控制邏輯 根據(jù)變頻器的原理，變頻器在交流供電或直流供電正常情況下，在接受到啟動接點指令后，即可投入運行。在變頻器正常運行后有一反映變頻器運行狀態(tài)的接點信號閉合。變頻器運行調(diào)速指令由DCS 或PLC 送來的420mA 模擬信號實現(xiàn)。2）直流支撐系統(tǒng)與變頻器的邏輯配合（1）直流支撐系統(tǒng)的組成：a. 直流電源 b. 回路保護開關(guān) c. 回路靜態(tài)開關(guān)d. 回路直流接觸器 e. 控制PLC f. 母線電壓監(jiān)測繼電器。（2）該系統(tǒng)

9、的PLC 控制邏輯a. 控制PLC 輸入邏輯條件有：變頻器運行狀態(tài)接點信號，母線電壓監(jiān)測信號。要求加變頻器保護動作信號,加泵變頻器運行的工作狀態(tài)信號。b. 控制PLC 輸出邏輯條件有：變頻器運行正常且未給出保護動作信號時,直流接觸器合上,直流支撐系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài),否則直流接觸器斷開，直流支撐系統(tǒng)處于冷備用。變頻器、運行正常時，母線電壓小于350VAC(可調(diào)節(jié))且未給出保護動作信號時,PLC向靜態(tài)開關(guān)送出24VDC控制電壓,靜態(tài)開關(guān)導(dǎo)通；母線電壓恢復(fù)且未給出保護動作信號時，PLC撤出靜態(tài)開關(guān)閉鎖指令。c. 母線電壓正常條件下直流支撐系統(tǒng)投入過程：變頻器電源端送入正常電壓，變頻器受電，內(nèi)部CPU

10、 準備運行；控制設(shè)備，DCS 或PLC 或控制繼電器送來啟動運行指令。電機按模擬控制420mA 電流決定變頻器拖動電機的運行轉(zhuǎn)速；等到系統(tǒng)正常運行后變頻器狀態(tài)接點閉合。直流支撐系統(tǒng)控制PLC 接受到變頻器運行狀態(tài)指令后，向直流接觸器 MF 發(fā)出合閘指令，如果該回路的空氣開關(guān)QF 合閘，這時該回路在熱備份狀態(tài)。d. 變頻器電源失電，PLC 及靜態(tài)開關(guān)都測到變頻器失電信息，PLC 測到了母線電壓350VAC 信號而發(fā)出靜態(tài)開關(guān)合閘指令，靜態(tài)開關(guān)測到變頻器直流母線電壓460VAC 而快速導(dǎo)通。變頻器電源迅速由廠用電交流母線供電轉(zhuǎn)入直流支撐系統(tǒng)蓄電池組供電。變頻器保持連續(xù)不間斷運行。e. 變頻器電源供

11、電恢復(fù)時其直流環(huán)節(jié)的電壓應(yīng)立刻上升；母線電壓恢復(fù)使得PLC 重新得到電壓正常信號而撤出靜態(tài)開關(guān)閉鎖指令。當(dāng)變頻器直流母線電壓大于直流支撐系統(tǒng)母線電壓，并且PLC撤出閉鎖指令后靜態(tài)開關(guān)立即關(guān)閉。電機在這一過程中仍然保持不間斷運行。在充電器作用下對放過電的電池組補充電。f. 母線電壓連續(xù)在85上下波動。母線電壓一旦小于AC350V（>85）直流支撐系統(tǒng)即自動投入,由蓄電池直接向變頻器的直流母線供電。母線恢復(fù)正常值后PLC 延時2s 才撤出靜態(tài)開關(guān)閉鎖信號。g. 根據(jù)用戶工藝條件，在蓄電池供電數(shù)秒鐘后PLC自行切斷直流接觸器，具體延時多長時間可在調(diào)試時確定。7、DC-BANK 系統(tǒng)安全性1）D

12、C-BANK 系統(tǒng)與變頻器組成的電機不停電系統(tǒng)具有十分高的系統(tǒng)安全性。DC-BANK 與變頻器是分布式結(jié)構(gòu)，變頻器應(yīng)用DC-BANK 后完全不影響原有的使用方式及性能，在廠用電正常時DC-BANK 僅作為后備電源。這時候的DC-BANK 退出、投入不會對原變頻器產(chǎn)生任何影響。2）DC-BANK 與變頻器之間有十分可靠的隔離保護設(shè)計，當(dāng)一臺變頻器出現(xiàn)故障，不會影響其它變頻器正常運行。3）在檢測維修時，每回路DC-BANK 均可單獨與母線分離，以便于維修。4）DC-BANK 上有備保護變頻器市電晃電、失電、充電壓實時紀錄，運行工程師可事后在HMI 上查詢紀錄，精度在秒。8、DC-BANK系統(tǒng)主要設(shè)

13、備選擇 1）、蓄電池：蓄電池采用免維護閥控式全密封鉛酸電池；蓄電池的使用壽命為712年。 2）、整流器：整流器的功率逆變管采用進口快速IGBT，其余元件采用進口工業(yè)等級器件，生產(chǎn)工藝嚴格完整，保證機器的可靠性和穩(wěn)定性。輸出電壓和電流均可連續(xù)調(diào)節(jié)。具有強大的保護功能(輸入過流、過壓、欠壓保護；輸出短路，過流，過壓保護；整機過熱保護)。 3）、靜態(tài)開關(guān)：靜態(tài)開關(guān)采用大功率器件組成直流電子開關(guān)。當(dāng)電網(wǎng)供電正常時，開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)，切斷電池組與變頻器的通路，防止電池組在浮充電或均充電時，因端電壓高于交流進線經(jīng)整流后輸出的直流電壓引起頻繁放電；當(dāng)交流電源低于變頻器低壓保護值時(以變頻器的品牌而定)，監(jiān)控

14、系統(tǒng)觸發(fā)直流電子開關(guān)瞬間導(dǎo)通，可以做到變頻器由交流供電和由電池組供電的瞬時轉(zhuǎn)換。 靜態(tài)開關(guān)工作條件：截止條件，變頻器沒有運行或變頻器運行且市電正常；導(dǎo)通條件，變頻器運行且市電晃電或停電(備自投切換時)。 4）、智能控制、監(jiān)控系統(tǒng)：根據(jù)需要用一臺或多臺西門子S7-200可編程控制器PLC和HMI(觸摸屏)組成帶有人機操作界面的監(jiān)控系統(tǒng)，其功能為：充電模塊輸出電壓設(shè)定，充電電流限值設(shè)定，本系統(tǒng)的起停操作，運行參數(shù)顯示，變頻器工作狀態(tài)顯示，故障報警存儲以及按需要和上位機通訊實現(xiàn)四遙功能。監(jiān)控系統(tǒng)由系統(tǒng)控制器、切換控制器、電池檢測器及分路檢測器等主要部件組成，各部件均有單片機進行控制，監(jiān)控系統(tǒng)是通過R

15、S485進行數(shù)字化連接以完成系統(tǒng)的通信與控制。各部件主要功能如下：1) 系統(tǒng)控制器：實現(xiàn)人機交流、系統(tǒng)參數(shù)顯示、系統(tǒng)指示、系統(tǒng)設(shè)置、歷史事件的存儲及遠程通信等功能。2) 切換控制器：負責(zé)系統(tǒng)各路電壓及市電的監(jiān)測以實現(xiàn)系統(tǒng)安全可靠快速的切換。3) 電池檢測器：負責(zé)電池自動化管理和及監(jiān)測。4) 分路檢測器：負責(zé)輸出各分路的負載狀況(正常、開路、短路、未裝等)的檢測。 5）、安全保護：此系統(tǒng)都是安裝在配電柜內(nèi)的。配電柜符合IP20要求，由能承受一定機械應(yīng)力、電氣應(yīng)力及熱應(yīng)力材料構(gòu)成。9、DC-BANK系統(tǒng)的應(yīng)用情況及效果 據(jù)統(tǒng)計某煤化工企業(yè)2008年19月，由于電網(wǎng)“晃電”，共造成氣化A#C#三臺高壓煤漿泵7次跳車。2008年10月投資近70萬元，用MUPS系統(tǒng)對氣化A#C#三臺高壓煤漿泵進行抗“晃電”改造，改造后氣化A#C#高壓煤漿泵，2009年210月共發(fā)生5次電網(wǎng)“晃電”，運行狀況統(tǒng)計結(jié)果表明：發(fā)生5次電網(wǎng)“晃電”時，MUPS系統(tǒng)均發(fā)揮了抗電網(wǎng)“晃電”作用，沒有引起一臺高壓煤漿泵跳車，起到了保護作用，保證了高壓煤漿泵的穩(wěn)定運行，達到了預(yù)期目的。經(jīng)過改造，保障了氣化爐高壓煤漿泵在電網(wǎng)異常時的可靠運行，設(shè)備運行穩(wěn)定性安全性連續(xù)性和可靠性大大加強，維護成本降低，取得了顯著的經(jīng)濟效益。如果氣化A#C#三臺任何一臺高壓煤漿泵跳車，都會導(dǎo)致氣化爐停爐，氣化工藝系統(tǒng)減量，從而影響后