萬力梅(中核陜西鈾濃縮有限公司,陜西漢中 723312)

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UPS電源在鈾濃縮工廠中的應(yīng)用及運(yùn)行維護(hù)

萬力梅
(中核陜西鈾濃縮有限公司,陜西漢中 723312)

【摘 要】UPS電源被應(yīng)用于不允許斷電或者對供電質(zhì)量要求較高的各行業(yè),其中以中小功率UPS電源應(yīng)用最為普遍,而大功率的的UPS電源應(yīng)用相對特殊,本文首先簡要概述了UPS電源的基本組成及功能,其次介紹了鈾濃縮工廠的用電負(fù)荷特點(diǎn),接著分析了鈾濃縮工廠中的UPS供電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式,并針對大功率UPS電源在鈾濃縮工廠實(shí)際應(yīng)用中存在的問題,提出了解決方法,總結(jié)出大功率UPS電源在鈾濃縮工廠中的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】大功率UPS電源 鈾濃縮工廠 結(jié)構(gòu)組成 運(yùn)行維護(hù)

中核陜西鈾濃縮公司是我國第一座采用商用離心法生產(chǎn)核燃料的濃縮鈾工廠，同時(shí)也是重要的核燃料生產(chǎn)和科研基地。利用離心機(jī)級聯(lián)生產(chǎn)低濃度的六氟化鈾，為核電站提供燃料。鈾濃縮工廠為不允許斷電的關(guān)鍵系統(tǒng)或設(shè)備配備了UPS電源。利用UPS電源對關(guān)鍵設(shè)備持續(xù)供電，若發(fā)生外電網(wǎng)故障停電，仍保留充裕的時(shí)間對主輔系統(tǒng)進(jìn)行事故處理，防止造成離心機(jī)損壞，保障人員與設(shè)備的安全。

1 UPS的組成及功能

UPS( Uniterruptible power system / Uniterruptible power supply)有廣義和狹義兩種理解，即不間斷電源系統(tǒng)或者不間斷電源裝置。通常工廠中的應(yīng)用主要是指不間斷電源系統(tǒng)。一個(gè)完備UPS系統(tǒng)，包括市電電源(發(fā)電機(jī))、輸入系統(tǒng)配電柜、UPS主機(jī)、蓄電池組、輸出系統(tǒng)供配電柜及監(jiān)控報(bào)警等組成。當(dāng)然每個(gè)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)組成根據(jù)各用戶需要會(huì)有所不同，但它的結(jié)構(gòu)原理核心部分保持不變。

UPS主要功能是解決電網(wǎng)中存在的一系列問題，具體如表1所示。

圖1 鈾濃縮工廠中UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

表1 電網(wǎng)中存在的問題

其中電源中斷、電壓波動(dòng)、瞬態(tài)尖峰、電源浪涌、高壓脈沖會(huì)造成部分精密設(shè)備數(shù)據(jù)丟失，死機(jī)、停止工作，設(shè)備損壞以及照明故障等；諧波污染、頻率漂移會(huì)造成網(wǎng)路傳輸誤碼率大增、數(shù)據(jù)傳輸速度底下等。使用UPS電源則可以解決以上問題。

2 鈾濃縮工廠中UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2.1 鈾濃縮工廠負(fù)荷特點(diǎn)

鈾濃縮工廠的用電設(shè)備種類多，除了專用電機(jī)，還有各種大功率類通用電機(jī)及其它用電設(shè)備，所需功率巨大，UPS電源只能為部分關(guān)鍵工藝系統(tǒng)的大量電動(dòng)閥門、泵電機(jī)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，事故照明等提供不間斷電源，主要是以電動(dòng)閥門類感性負(fù)載為主，具有負(fù)載功率變化較大，間歇性用電等特點(diǎn)。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

中核陜西鈾濃縮公司共有三套UPS供電系統(tǒng)，選用的分別有愛默生、愛克賽、GE等公司的400-500KVA大功率在線式UPS電源，其中最先進(jìn)的一套UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

兩臺(tái)UPS裝置、一組蓄電池構(gòu)成一個(gè)輸出母線段位，在正常運(yùn)行時(shí)，每個(gè)輸出段位只有一臺(tái)UPS裝置在帶載運(yùn)行，另外一臺(tái)作為冷備用，工作和備有的UPS裝置每半年相互倒換一次，兩臺(tái)互為冷備用的UPS輸出電源通過刀閘來隔離。應(yīng)用這種供電結(jié)構(gòu)主要是考慮到兩方面，設(shè)備可以進(jìn)行不斷電切換操作，并將另外一套設(shè)備徹底斷電進(jìn)行計(jì)劃維護(hù)及故障檢修。輸出采用了雙母線供電，一般重要負(fù)載采用單段UPS電源，特別重要的負(fù)載通過主備電源切換柜提供雙路UPS電源。該供電系統(tǒng)還為兩組蓄電池配備有一臺(tái)專門的微電腦化有源充放電裝置，具體給哪套蓄電池充電根據(jù)接觸器來選擇，該有源充放電裝置主要在蓄電池組的定期維護(hù)時(shí)使用，系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，蓄電池組是由相應(yīng)的UPS裝置本身進(jìn)行浮充電。

3 系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)

UPS系統(tǒng)的各種配電柜及其開關(guān)故障率都極低，UPS系統(tǒng)的可靠性主要通過兩方面來保證，一是UPS裝置本身的可靠性，二是后備電源---電池的可靠性，因此系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)主要針對這兩方面來進(jìn)行。

3.1 UPS裝置的維護(hù)

在一個(gè)UPS系統(tǒng)方案中，UPS主機(jī)性能通常是被生產(chǎn)廠家重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)和關(guān)注的，UPS產(chǎn)品本身也比較成熟，故障率相對較低，但是隨著UPS使用年限的延長，UPS內(nèi)部的元器件也會(huì)出現(xiàn)不同程度的老化現(xiàn)象，各種工作參數(shù)也會(huì)有一定的偏移。這樣就會(huì)影響到UPS系統(tǒng)運(yùn)行的可靠和穩(wěn)定。因此，經(jīng)過長時(shí)間使用后對UPS進(jìn)行一次徹底的檢查，維護(hù)就十分重要。中核陜西鈾濃縮公司每半年請專業(yè)維護(hù)工程師對UPS裝置進(jìn)行一次深度維護(hù)，通過內(nèi)部清潔和器件的檢查，重新校準(zhǔn)各種工作參數(shù)，可以提前發(fā)現(xiàn)可能存在的故障隱患，減少并降低UPS故障率，使之更加符合使用環(huán)境和使用要求，可以使UPS運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠、提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本。從運(yùn)行維護(hù)結(jié)果來看，在UPS裝置的故障主要集中在內(nèi)部元件電容性能下降以及散熱風(fēng)扇故障兩個(gè)方面。

3.2 電池的維護(hù)

在外電網(wǎng)失電的情況下，蓄電池組是保證UPS供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行的唯一保證，一旦電池容量不足，UPS系統(tǒng)也就失去了它最重要的作用，因此電池的運(yùn)行維護(hù)管理至關(guān)重要。除保證常規(guī)的溫度控制之外，最有效的維護(hù)方式則是進(jìn)行定期進(jìn)行充放電維護(hù)。定期檢查電池的容量，進(jìn)行核對性容量放電，以及為了激活電池每三年對蓄電池組進(jìn)行深度充放電一次。由于正常運(yùn)行時(shí)，UPS的負(fù)荷很小，而電池的容量又是按外電網(wǎng)全部失電情況下所需最大容量進(jìn)行設(shè)計(jì)，電池的容量比較大，如果對實(shí)際負(fù)載放電，一是會(huì)操作很多配電開關(guān)，二是有很多負(fù)荷是間歇性負(fù)荷，正常情況下是不允許啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備的，只有的外電網(wǎng)失電后進(jìn)行事故處理時(shí)才啟用，無法滿足電池的維護(hù)要求，因此電池的放電采用了有源逆變充放電裝置對電網(wǎng)放電，放電電流，放電時(shí)間均可以按最理想的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)通過對電網(wǎng)放電，將蓄電池儲(chǔ)存的化學(xué)能反饋至電網(wǎng)，也可以達(dá)到節(jié)能的目的。

充電也是采用有源逆變充放電裝置獨(dú)立進(jìn)行充電，使需要維護(hù)的電池組脫離系統(tǒng)，充電參數(shù)可以根據(jù)電池的維護(hù)要求進(jìn)行最優(yōu)的設(shè)置，不必通過UPS裝置對電池進(jìn)行深度均衡充電，這樣可以避免UPS裝置的直流母線電壓電流過高的問題。

4 結(jié)語

中核陜西鈾濃縮公司是國內(nèi)較早使用大功率UPS裝置的工廠，已有二十幾年的使用運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，目前有三套不同的UPS供電系統(tǒng)在運(yùn)行，在第一套UPS供電系統(tǒng)使用過程中，我們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)在UPS裝置的濾波電容和對于大容量電池的維護(hù)考慮不全，不利于保證蓄電池的使用壽命，在最新的UPS供電系統(tǒng)應(yīng)用中，增加了有源充放電裝置，專門對電池組進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)這一關(guān)鍵改進(jìn)技術(shù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)單體電池的問題并對蓄電池組進(jìn)行有效維護(hù)，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，該應(yīng)用及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可以給同行業(yè)或相關(guān)行業(yè)的現(xiàn)場生產(chǎn)人員、設(shè)計(jì)工作人員提供參考，具有一定的借鑒意義。

作者簡介:萬力梅(1983—),四川人,工程師,2005年7月,重慶大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè),在中核陜西鈾濃縮有限公司主工藝運(yùn)行車間從事電氣運(yùn)行維護(hù)及運(yùn)行技術(shù)管理。