</script> 1 高度工程組件化UPS系統的定義及與工業4.0和“工匠精神”的關系

高度工程組件化UPS系統的定義是,以用戶為中心,并與用戶一起來研判行業的用電環境(如輸入三相不平衡、晃電、諧波等)、負載環境(如整流器、變壓器、電機等)、空間及氣候環境(如粉塵、高溫、高濕、防震、海拔等)等,而實施“量身定制”的UPS系統解決方案。這種高度工程組件化的方法顯著地提高了UPS系統的可靠性和適用性。

同時,這種高度工程組件化提高可靠性和適用性的方法,也順應了工業4.0的浪潮[工業四代(Industry4.0)是指利用物聯信息系統(Cyber-PhysicalSystem,簡稱CPS)]將生產中的供應、制造及銷售信息的數據化、智慧化,最后達到快速、有效、個人化的產品供應。圖1給出了高度工程組件化的UPS系統解決方案的金字塔式的遞進發展情況。

這就好比服裝行業的成衣市場,不管你選什么大品牌的對應你號碼的衣服、褲子,你都會覺得哪里還是有不合身的地方,要改改袖長、褲長等。而工業市場的UPS,由于用電環境、負載環境、空間及氣候環境等的影響,它的UPS系統解決方案要有相應的措施,才能提高UPS系統的可靠性和適用性,至少先做到具有各行業特質的UPS系統解決方案。畢竟用戶對UPS品質的要求是安全可靠,這是工業型UPS壓倒一切的前提。

這種高度工程組件化的方法,在應用時要用心活、用心干、用心經營,即要有對產品精雕細琢,精益求精的精神理念,這就是“工匠精神”。“工匠精神”首次出現在今年的政府工作報告中,讓人耳目一新。回顧報告,李克強總理在強調“努力改善產品和服務供給”應抓好的三方面重點工作時提到工匠精神,即“鼓勵企業開展個性化定制、柔性化生產,培育精益求精的工匠精神，增品種、提品質、創品牌”。

　　2 高度工程組件化UPS系統解決方案的應用案例

(1)中國第一臺電力專用UPS的誕生

背景情況:上世紀90年代,隨著DCS的引進,電力行業開始批量使用UPS,發現UPS里的電池故障率高,國內外的變電站、電廠等有直流屏的用戶,對UPS電池的管理提出了一個設想,希望用“UPS機頭”,即UPS不配電池和充電,直流端直接接到直流屏上。這樣用戶的直流維護人員保證了電池的安全,提高了UPS的可靠性，也降低了電池的投入。“UPS機頭”的原理圖如圖2所示。

“UPS機頭”的主要特點:

① 電力UPS自身不帶蓄電池組，直接使用直流屏母線上掛的電池組，因此電力UPS可不設充電器。

② 因直流屏的電池母線有對地絕緣檢測,所以電力UPS的輸入/輸出必須有隔離變壓器。

③ 能提供應急用電的冷啟動功能。

④ 電力專用UPS一般都由電力UPS主機、旁路穩壓柜、輸出饋線柜等三部分組屏供貨。

⑤由于電廠的DCS系統負載大多數為單相負載,單相負載配電線路簡單、維護方便。因此電力專用UPS大多輸出交流單相220V,容量一般在160kVA范圍之內。

(2) 軌道交通專用UPS

背景情況:當前軌道交通行業,尤其地鐵系統里,UPS電源系統承擔了全線范圍內控制中心、車站、車輛段等的通信系統與監控系統的供電,以及信息管理系統在控制中心和車輛段的數據機房的供電。也正因為UPS主要是給通信系統、綜合監控系統、信息管理系統供電,人們大量采用商業型UPS,造成UPS的故障率居高不下,為軌道交通行業安全可靠地運行,帶來了極大的安全隱患。究其原因是,對軌道交通行業的電氣環境認識不足,只考慮了UPS的輸入綠色要求,輸出的過載能力,即輸入功率因數≥0.95,輸入電流諧波<5%,對電網沒有污染,過載能力125min,150%1min。看似對電網及負載兩端都有了要求,而唯獨沒有考慮到軌道交通行業里工業性的特征,即在軌道交通行業的電氣環境中,UPS本身的適應性、可靠性。也可以說是UPS系統魯棒性不足(魯棒性就是系統的健壯性)。

軌道交通專用UPS應具備以下特征:

① UPS防護等級達到IP31及以上,且在系統的進風口加裝防塵網,防塵網應拆卸方便、便于清理,最大限度地防止地鐵使用環境中金屬粉塵的侵入;

② 內部所有印制電路板應做三防處理;

③ 不間斷電源采用工業型UPS,具有高等級的抗擾度,應用于嚴苛的電氣環境,即按IEC62040-2-2005EMC電磁兼容標準,抗擾度為C3類及以上;

④ UPS具有工頻輸出變壓器的電氣隔離;

⑤ UPS采用獨立散熱風道設計,變壓器、散熱片和控制板均應有獨立的散熱風道;

⑥ UPS應具有*監測功能,便于工作人員對UPS的遠程實時管理。

(3) 海工專用UPS

背景情況:黨的十七屆五中全會把發展海洋經濟提到了國家戰略的高度,明確提出了提高海洋開發、控制、綜合管理能力。而海洋工程裝備是開發利用海洋資源的物質和技術基礎,關系著國家的能源戰略安全。2011年9月16日,國家發改委、科技部、工信部和能源局印發了《海洋工程裝備產業創新發展戰略(2011-2020)》,提出要綜合運用稅收優惠和優化金融服務支持海工企業發展。全球海工行業市場規模350億～450億美元。預計未來5年年均市場規模約40億～50億美元。圖3為某艦艇各電力電子系統及UPS容量的概況。

海工專用UPS,即海洋工程專用UPS。就海工專用UPS而言,它包括:船用UPS、岸電電源等。

其中船用UPS要經過船級社認證。船級社在以下四方面有嚴格的要求:

①三維振動需要加強機械設計;

②適應高溫高濕環境;

③滿足電磁兼容性(EMC)的要求;

④最低IP22防護等級;

船供三相交流電源440V/60Hz經過UPS轉換為三相AC380V/單相220V/50Hz的純凈電源后給通用設備供電。

采用陸地電源對靠港船舶供電的方式稱為“岸電技術”,是船舶泊靠碼頭時,停止所有的船舶柴油機電站運轉,將船舶用電改由岸電電源提供,以達到降低港區污染廢氣的排放量。根據上船電壓的不同,岸電電源分為高壓岸電和低壓岸電兩種。高壓岸電電源是指將10kV/50Hz的市電轉換為6.6kV/60Hz后直接供給船上使用。低壓岸電電源是指將10kV/50Hz的市電轉換為440V/60Hz后供給船上使用。

3 結束語

文中例舉了我國第一臺電力專用UPS、軌道交通專用UPS和海工專用UPS等三個高度工程組件化UPS系統解決方案的應用案例。以此說明“量身定制”的UPS系統解決方案是具有各行業特質的UPS系統解決方案,這顯著地提高了UPS系統的可靠性和適應性。

作者簡介

何春，中航太克(廈門)電力技術股份有限公司總工程師。

編輯：Harris

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