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在水泥行業環境應用的工業型UPS電源介紹

——2016.03.13

何春


  摘要:水泥生產工藝復雜,設備聯鎖眾多,各種檢測信號相互影響,如果采用傳統的人工控制或繼電器儀表控制,很難達到控制要求。如果生產線上的任何一臺設備出現電氣故障停機,將影響整個生產線的運行,嚴重時會發生壓料、堵料,給生產帶來很大的損失。所以目前新型干法水泥廠絕大部分采用分布式計算機控制系統進行控制(DCS),來對水泥生產線進行實時控制和監測管理。一旦這些設備因為電力問題(斷電、浪涌、過、低壓等)發生誤動作、宕機、甚至引發數據丟失,將引發重大事故,威脅電網安全,造成不可估量的損失。電動機的運行大多數采用交流接觸器、軟起動器和變頻器等起動控制設備進行控制?!盎坞姟睍r交流接觸器會釋放,軟起動器和變頻器也會停機,因此在工業生產中常常會因“晃電”引起許多重要的低壓電機停機。


關鍵詞:水泥行業應用的工業型UPS電源,避免電壓暫降或暫升、電壓浪涌、諧波干擾、頻率漂移、瞬態尖峰/高壓、市電斷電等電力品質問題的發生。保護FCS、DCS、PLC、各類電機變頻器等敏感負載?!盎坞姟钡母拍?。


  我們知道無論電力公司花多少代價來改善電網,但是還是無法避免電壓暫降或暫升、電壓浪涌、諧波干擾、頻率漂移、瞬態尖峰/高壓、市電斷電等電力品質問題的發生,給電力用戶帶來不良影響。這是由于在電網上有大量的負載,它們的一些工作狀態和故障狀態、及自然災害等,都會影響電網的安全可靠性。如:閃電暴雨、大風下雪、建筑施工,起重機,挖掘機人員誤操作、動物觸線、其它大電機啟動、短路故障、線路切換配電裝置故障等。


  水泥生產工藝復雜,設備聯鎖眾多,各種檢測信號相互影響,如果采用傳統的人工控制或繼電器儀表控制,很難達到控制要求。如果生產線上的任何一臺設備出現電氣故障停機,將影響整個生產線的運行,嚴重時會發生壓料、堵料,給生產帶來很大的損失。所以目前新型干法水泥廠絕大部分采用分布式計算機控制系統進行控制(DCS),來對水泥生產線進行實時控制和監測管理。


  水泥廠控制系統的發展經歷:1、氣動儀表式控制系統;2、電動但愿組合式模擬儀表控制系統;3、集中式數字控制系統;4、分布式控制系統DCS;5、現場總線控制系統FCS。


  一旦這些設備因為電力問題(斷電、浪涌、過、低壓等)發生誤動作、宕機、甚至引發數據丟失,將引發重大事故,威脅電網安全,造成不可估量的損失。因此這些設備迫切需求一個高可靠性,高安全性的純凈交流電源,而UPS(不間斷供電系統)能夠解決上述電力問題,它能為計算機、生產過車控制系統等重要設備提供不間斷的優質安全電源,當電網發生任何異常時,它為負載提供純正不間斷的動力來源,保證設備不發生誤動作、宕機、數據丟失等危險。


  水泥的新型干法生產線由生料制備系統、生料均化系統、窯尾燒成系統、窯頭燒成系統和成品包裝系統組成。生料制備系統由原料配料和生料粉磨組成,用于生產合格的生料。粉磨過的生料由提升機經庫頂空氣輸送斜槽送入生料均化庫。來自均化庫的生料通過氣力提升泵輸送到旋風式預熱器內,通過五級預熱器的負壓作用使物料充分預熱后進入回轉窯進行煅燒。窯頭燒成系統由喂媒系統和熟料生成系統組成。原煤由煤磨磨制成煤粉后存儲在煤粉倉中,通過流量計由煤風機和凈風機將煤粉和空氣的混合物向窯頭喂煤。經過煅燒和化學反應的生料在窯頭形成球狀熟料。球狀熟料經窯頭罩進入單筒冷卻機冷卻后由鏈式輸送機送到熟料磨進行粉磨,然后由提升機入熟料庫。最后成品包裝系統將散裝庫中不同型號的水泥通過包裝機包裝成成品。該系統的主要設備包括:螺旋給料機、各種風機、增濕塔、窯主電機、各種調節閥和變頻器


  1、“晃電”的概念

  電壓暫降(Voltage Sag 、Dip)俗稱“晃電”,是指供電電壓有效值在短時間內突然大幅下降又恢復正常的突發事件。電壓暫降在國內也稱為電壓驟降、電壓跌落、電壓瞬間波動、電壓凹陷等。多數為電網因雷擊、短路、大負載起動等情況引起,供電電源電壓大幅度下跌或電壓短時中斷數秒,致使用電設備不能正常工作。描述電壓暫降常采用暫降幅值、持續時間和發生頻次三大特征量,有時還要考慮相位的突變。國際電氣與電子工程師協會(IEEE)將電壓暫降定義為供電電壓有效值快速下降到額定值的90%~10%,然后回升至正常值附近;而國際電工委員會(IEC)則將其定義為下降到額定值的90%~1%,持續時間為10ms~1min。


  2、“晃電”的危害

  電動機的運行大多數采用交流接觸器、軟起動器和變頻器等起動控制設備進行控制?!盎坞姟睍r交流接觸器會釋放,軟起動器和變頻器也會停機,因此在工業生產中常常會因“晃電”引起許多重要的低壓電機停機。而關鍵機組停機又會導致大機組、甚至會導致整個生產裝置連鎖停機,最終導致連續生產過程被迫中斷,生產裝置被迫緊急停車,從而給企業造成巨大的經濟損失,有時還會引起火災、爆炸等惡性事故發生。


  水泥行業應用的工業型UPS電源與商業型UPS的區別:

項目

商業型UPS

工業型UPS

應用環境

IDC機房或辦公場所,環境舒適,溫度變化?。?/strong>20-25oC,濕度適中,無粉塵與鹽霧

配電室、生產現場或野外,環境惡劣,高低溫(-2555oC)、高濕、粉塵多、鹽霧大

可靠性

較低,設計壽命5年左右

高,選用工業級甚至軍用級器件、增大冗余度、強化工藝設計和提高安全性配置使設計壽命20

電氣環境

電氣環境好,電壓波動與閃變少,低次諧波與高頻干擾小

電氣環境差,電壓波動與閃變多、低次諧波與高頻干擾嚴重

負載特性

負載特性單一, IT設備為主,包括計算機、服務器、通信設備等

負載特性多樣,IT設備外,還包括工業動力設備如電動機、變頻器、直流傳動等

機械強度

較低,通常采用模塊化設計

較高,通常采用高強度柜體設計

電氣隔離

無隔離

標配輸出隔離,可選輸入隔離

保護功能

保護功能簡單

保護功能完善、可靠

通訊接口

RS485通訊

RS485/232通訊,繼電器干接點

旁路要求

旁路并聯配置,電氣隔離/穩壓調節,輸出電壓范圍寬,旋轉型手動旁路開關50種旁路柜配置

附件選擇

數十種配件,可基于工業需求的多樣性和應用環境的復雜性自由選擇

IP防護等級

IP20

IP21IP54+防爆設計

鈑金要求

不接受定制

鈑金厚度、柜體顏色均接受訂制



  水泥行業應用的工業型UPS電源的三要素:

  Ⅰ、高等級的抗擾度,應用于嚴苛的電氣環境——提高了可靠性,使用時不用擔心

  抗擾度包括:1. 輻射敏感度試驗;2. 工頻磁場輻射敏感度試驗;3. 射頻場感應的傳導敏感度;4. 電快速瞬態脈沖群抗擾度;5. 浪涌抗擾度;6. 電壓跌落與中斷抗擾度;7. 電力線感應/接觸;8. 靜電放電抗擾度在IEC62040-2-2005,EMC電磁兼容標準中,把UPS分為C1、C2、C3、C4類,即居民區、商業區和輕工業區、工業區、特殊定制區。只有做好可靠性設計才能提升產品質量??煽啃缘奶嵘饕性谘邪l階段、定型之前。

  Ⅱ、可選配的高等級IP防護等級,應用于惡劣的空間環境——提高了適用性,使用時不用小心

  在環境方面,商業型UPS通常應用于IDC機房內,對溫度、濕度、粉塵、腐蝕性氣體有嚴格的要求,不能用于嚴酷場合,而工業級UPS則通常應用于高溫高濕多粉塵或鹽霧的場合;對抗震等級有相應的要求。

  Ⅲ、工頻變壓器的電氣隔離——提高了安全性,使用時不用揪心

  工頻變壓器的電氣隔離,可再生一個TN-S系統或IT系統,即零線靈活更好的服務于用戶,也可減少系統風險。而商業型UPS不配置。

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