</script> 1 高度工程组件化UPS系统的定义及与工业4.0和“工匠精神”的关系

高度工程组件化UPS系统的定义是,以用户为中心,并与用户一起来研判行业的用电环境(如输入三相不平衡、晃电、谐波等)、负载环境(如整流器、变压器、电机等)、空间及气候环境(如粉尘、高温、高湿、防震、海拔等)等,而实施“量身定制”的UPS系统解决方案。这种高度工程组件化的方法显著地提高了UPS系统的可靠性和适用性。

同时,这种高度工程组件化提高可靠性和适用性的方法,也顺应了工业4.0的浪潮[工业四代(Industry4.0)是指利用物联信息系统(Cyber-PhysicalSystem,简称CPS)]将生产中的供应、制造及销售信息的数据化、智慧化,最后达到快速、有效、个人化的产品供应。图1给出了高度工程组件化的UPS系统解决方案的金字塔式的递进发展情况。

这就好比服装行业的成衣市场,不管你选什么大品牌的对应你号码的衣服、裤子,你都会觉得哪里还是有不合身的地方,要改改袖长、裤长等。而工业市场的UPS,由于用电环境、负载环境、空间及气候环境等的影响,它的UPS系统解决方案要有相应的措施,才能提高UPS系统的可靠性和适用性,至少先做到具有各行业特质的UPS系统解决方案。毕竟用户对UPS品质的要求是安全可靠,这是工业型UPS压倒一切的前提。

这种高度工程组件化的方法,在应用时要用心活、用心干、用心经营,即要有对产品精雕细琢,精益求精的精神理念,这就是“工匠精神”。“工匠精神”首次出现在今年的政府工作报告中,让人耳目一新。回顾报告,李克强总理在强调“努力改善产品和服务供给”应抓好的三方面重点工作时提到工匠精神,即“鼓励企业开展个性化定制、柔性化生产,培育精益求精的工匠精神，增品种、提品质、创品牌”。

　　2 高度工程组件化UPS系统解决方案的应用案例

(1)中国第一台电力专用UPS的诞生

背景情况:上世纪90年代,随着DCS的引进,电力行业开始批量使用UPS,发现UPS里的电池故障率高,国内外的变电站、电厂等有直流屏的用户,对UPS电池的管理提出了一个设想,希望用“UPS机头”,即UPS不配电池和充电,直流端直接接到直流屏上。这样用户的直流维护人员保证了电池的安全,提高了UPS的可靠性，也降低了电池的投入。“UPS机头”的原理图如图2所示。

“UPS机头”的主要特点:

① 电力UPS自身不带蓄电池组，直接使用直流屏母线上挂的电池组，因此电力UPS可不设充电器。

② 因直流屏的电池母线有对地绝缘检测,所以电力UPS的输入/输出必须有隔离变压器。

③ 能提供应急用电的冷启动功能。

④ 电力专用UPS一般都由电力UPS主机、旁路稳压柜、输出馈线柜等三部分组屏供货。

⑤由于电厂的DCS系统负载大多数为单相负载,单相负载配电线路简单、维护方便。因此电力专用UPS大多输出交流单相220V,容量一般在160kVA范围之内。

(2) 轨道交通专用UPS

背景情况:当前轨道交通行业,尤其地铁系统里,UPS电源系统承担了全线范围内控制中心、车站、车辆段等的通信系统与监控系统的供电,以及信息管理系统在控制中心和车辆段的数据机房的供电。也正因为UPS主要是给通信系统、综合监控系统、信息管理系统供电,人们大量采用商业型UPS,造成UPS的故障率居高不下,为轨道交通行业安全可靠地运行,带来了极大的安全隐患。究其原因是,对轨道交通行业的电气环境认识不足,只考虑了UPS的输入绿色要求,输出的过载能力,即输入功率因数≥0.95,输入电流谐波<5%,对电网没有污染,过载能力125min,150%1min。看似对电网及负载两端都有了要求,而唯独没有考虑到轨道交通行业里工业性的特征,即在轨道交通行业的电气环境中,UPS本身的适应性、可靠性。也可以说是UPS系统鲁棒性不足(鲁棒性就是系统的健壮性)。

轨道交通专用UPS应具备以下特征:

① UPS防护等级达到IP31及以上,且在系统的进风口加装防尘网,防尘网应拆卸方便、便于清理,最大限度地防止地铁使用环境中金属粉尘的侵入;

② 内部所有印制电路板应做三防处理;

③ 不间断电源采用工业型UPS,具有高等级的抗扰度,应用于严苛的电气环境,即按IEC62040-2-2005EMC电磁兼容标准,抗扰度为C3类及以上;

④ UPS具有工频输出变压器的电气隔离;

⑤ UPS采用独立散热风道设计,变压器、散热片和控制板均应有独立的散热风道;

⑥ UPS应具有*监测功能,便于工作人员对UPS的远程实时管理。

(3) 海工专用UPS

背景情况:党的十七届五中全会把发展海洋经济提到了国家战略的高度,明确提出了提高海洋开发、控制、综合管理能力。而海洋工程装备是开发利用海洋资源的物质和技术基础,关系着国家的能源战略安全。2011年9月16日,国家发改委、科技部、工信部和能源局印发了《海洋工程装备产业创新发展战略(2011-2020)》,提出要综合运用税收优惠和优化金融服务支持海工企业发展。全球海工行业市场规模350亿～450亿美元。预计未来5年年均市场规模约40亿～50亿美元。图3为某舰艇各电力电子系统及UPS容量的概况。

海工专用UPS,即海洋工程专用UPS。就海工专用UPS而言,它包括:船用UPS、岸电电源等。

其中船用UPS要经过船级社认证。船级社在以下四方面有严格的要求:

①三维振动需要加强机械设计;

②适应高温高湿环境;

③满足电磁兼容性(EMC)的要求;

④最低IP22防护等级;

船供三相交流电源440V/60Hz经过UPS转换为三相AC380V/单相220V/50Hz的纯净电源后给通用设备供电。

采用陆地电源对靠港船舶供电的方式称为“岸电技术”,是船舶泊靠码头时,停止所有的船舶柴油机电站运转,将船舶用电改由岸电电源提供,以达到降低港区污染废气的排放量。根据上船电压的不同,岸电电源分为高压岸电和低压岸电两种。高压岸电电源是指将10kV/50Hz的市电转换为6.6kV/60Hz后直接供给船上使用。低压岸电电源是指将10kV/50Hz的市电转换为440V/60Hz后供给船上使用。

3 结束语

文中例举了我国第一台电力专用UPS、轨道交通专用UPS和海工专用UPS等三个高度工程组件化UPS系统解决方案的应用案例。以此说明“量身定制”的UPS系统解决方案是具有各行业特质的UPS系统解决方案,这显著地提高了UPS系统的可靠性和适应性。

作者简介

何春，中航太克(厦门)电力技术股份有限公司总工程师。

编辑：Harris

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