鋼鐵企業不間斷電源（UPS）系統的智能化應用實踐

李智勇，蘭志玉，董云江，甄 眾，馬來存

（新天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

新天鋼聯合特鋼有限公司是一家集燒結、球團、高爐煉鐵、轉爐煉鋼、連鑄以及熱軋生產線的綜合性鋼鐵企業。鋼鐵生產是一種連續性生產過程，不論是從生產角度還是從安全角度考慮，其主體生產設備對公輔系統的依賴性都很高。近年來，鋼鐵企業的自動化、智能化程度越來越高，自動化系統對供電的穩定性需求逐漸提高，不間斷電源（UPS）受到重視，并逐漸發展成為一種具有穩壓、穩頻、濾波、抗電磁和射頻干擾以及防電壓沖浪等功能的電力保護系統[1-2]。尤其是在電網的線路及供電質量不太高、抗干擾技術落后且自動化控制系統對電源的要求又比較高的情況下，UPS 的作用就顯得更加明顯。因此，亟需對不間斷電源（UPS）系統進行智能化升級改造。

本文以新天鋼聯合特鋼有限公司燒結廠為例，對自動化系統UPS 供電系統進行集中供電改造和智能化升級，全廠UPS 數量從原來的45 套縮減至9 套，并且在重點系統上設置了熱備冗余，統一了不間斷電源（UPS）以及蓄電池的規格型號，大大降低了備件成本，減少了故障點，降低了故障率，進一步提高了燒結生產的穩定性。

1 公司UPS 系統運行現狀

目前，公司的不間斷電源（UPS）均已經使用多年，隨著電子元器件的老化，經常會出現故障，導致停機，影響正常生產作業。由于未對UPS 配備的蓄電池進行日常維護保養和精確的測試檢驗，也未對電池的壽命和電量的剩余情況進行監測。因此，一旦市電停供以后，電池容量沒有數據參考，UPS 的正常供電就存在安全風險，不能確保系統穩定運行。

1）現場UPS 使用位置分散，大小功率不等，型號不統一，每個都單獨配置不同的蓄電池。維護點多，故障點多，電線電纜和電池的消耗量大，備件品種多，不具備通用性，庫存成本大。

2）現場UPS 大部分是單機運行，沒有冗余熱備，一旦UPS 出現故障，沒有熱備切換，存在安全隱患。一旦發生故障，整個生產控制系統將突然停電，設備突然停機，且無法通過電腦查看設備的狀態，造成生產事故。一些重點介質閥門無法及時關閉或打開，容易造成煤氣泄露等重大安全事故。

3）沒有對UPS 的蓄電池[3-4]進行現場檢測，電池維護保養沒有參考的技術指標數據，不能及時發現電池的故障，整個蓄電池系統的故障無法第一時間預警。如果電池已經老化，從外觀上也很難識別，對整個電源系統的穩定運行造成很大的潛在安全隱患。

4）整個后備電源UPS 系統是工業自動化系統的電力能源提供者，如果自動化系統是人體大腦，后備電源系統就相當于人體心臟，擔負著非常重要的責任。目前，系統缺乏智能化數字化管理，沒有一個完整的運維系統，沒有形成數據積累與環路，急需進行智能化、數字化改造，增強系統的抗風險能力和穩定性，確保企業正常生產。

2 不間斷電源（UPS）系統的智能化升級方案措施

鑒于上述問題，新天鋼聯合特鋼公司對現場進行實際評估、可行性調研后，提出并實施了不間斷電源（UPS）系統的智能化應用實踐[5-6]，將分散的UPS 進行集中設計管理，集中供電。為了提高穩定性、可靠性，采用雙機熱備冗余。設計功率為20 kVA，三進/單出，交流380 V/220 V,帶隔離變壓器，電路板做三防處理，配套電池柜系統內含輸入總開關、輸出總開關、旁路開關和電池開關。UPS 實時檢測系統的7 寸觸摸屏可顯示UPS 系統的電壓、電流、報警及UPS 主機監控信息，如圖1 所示。設計電池組一體電壓、溫度檢測裝置，能夠測量單節電池內阻、溫度，并顯示測量數據，如圖2 所示。預留無線遠程監控接口網關,具有云數據中心遠程數據查詢功能。同時，將UPS 主機的參數進行數據監控上傳。對電池系統進行監控，對單電池的溫度、電壓、內阻和電池容量進行數據測量監控，并且在人機界面顯示、報警。

圖1 UPS 實時數據及狀態

圖2 電池組數據

實施UPS 集中供電、熱備冗余和蓄電池監控后，可采集到系統的關鍵數據。根據這些數據，對整個廠的UPS 系統進行智能化、數字化升級，將數據上傳到云數據服務中心，進行集中的智能監控、預警，整個工業UPS 系統形成了一個完整的運行維護系統。數據中心支持遠程數據查詢，支持智能手機公眾號數據查詢，這樣，維護工程師24 h 都可以查詢到設備的運行狀態，大大降低了系統風險，增強了系統的穩定性。

3 UPS 智能數字監控系統的功能

UPS 智能數字監控系統由云數據中心、計算機、智能手機和現場監測單元組成，如圖3 所示?，F場監測單元負責將數據傳送到云數據中心，通過對云數據進行讀取和分析，形成數據報表和歷史曲線，并推送到HMI 端顯示數據及報警信息，HMI 包括智能手機、計算機等。

圖3 系統組成結構示意圖

1）系統在線監測UPS 主機的全部運行狀態參數，通過智能手機公眾號隨時查詢數據。根據在線監測的UPS 主機運行狀態參數，可以提供預警信息，避免發生生產安全事故。

2）通過集中監控，可以及時掌握蓄電池情況。系統能夠對UPS 蓄電池的內阻、電壓、電流和溫度等參數進行檢測，并形象化顯示，超過設置閾值后能夠自動報警。

3）可實現網絡連接、自動化管理，實現數據的實時監控和異常自動報警，確保UPS 設備的可靠穩定運行。

4）可以積累UPS 電源電池的運行時間和運行狀態，自動統計歷史數據并生成相關報表。根據數據分析可以判斷系統的運行狀態是否穩定、健康，進行歷史數據查詢，形成歷史曲線。

5）支持云數據、智能手機微信公眾號數據查詢，降低了維修點檢人員的工作強度。

6）可通過Web 頁面全方位查詢整個電源系統和蓄電池的運行情況、主要參數的統計數據以及警報事件等。

4 現場使用效果

新天鋼聯合特鋼有限公司燒結廠對自動化控制系統和計算機系統進行不間斷電源（UPS）集中供電管理改造，節約了5 000 m 電線、電纜，各個分散點共節約了486 塊電池、220 個電氣開關和34 個配電箱、電池柜。

采用雙機熱備后，不在現場分散設置主機，節約了設備采購成本，在減少故障點、降低故障率的同時，也大大減少了人力維護成本。

蓄電池和UPS 是一個整體系統，對蓄電池數據進行集中監控管理，隨時掌握關鍵參數，實時查看蓄電池剩余容量，并根據檢測數據對電池進行保養維護，提高了電池的使用壽命，節約了電池的采購成本。

通過對整體不間斷電源（UPS）系統進行智能化、數字化升級，形成了一個完整的監控系統，有利于集中管理、集中調度，方便技術人員進行維修維護，可大大提高工作效率，提升整個電力能源系統的穩定性和抗風險能力，確保電力穩定供應。