火電廠的供電系統(tǒng)并不是連續(xù)而且恒定的，大型設(shè)備的啟停、開關(guān)操作，電氣工作段上負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間較大，故障情況下電氣工作段的切換都會(huì)影響電力的正常供應(yīng)，對(duì)計(jì)算機(jī)和微處理器產(chǎn)生干擾或破壞。
　　我公司的自動(dòng)化程度較高，其設(shè)計(jì)安裝采用的人機(jī)接口界面裝置（操作員站）為ALPH站計(jì)算機(jī)，是整個(gè)機(jī)組的操作監(jiān)視中心。它的穩(wěn)定安全運(yùn)行直接關(guān)系到機(jī)組的安全運(yùn)行。而操作員站的電源供應(yīng)是直接影響其穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵因素。本文就我公司熱工專業(yè)在操作員站電源供應(yīng)方面的改進(jìn)來提高公司人機(jī)接口裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行探討。

一、為什么要在操作員站上使用UPS
根據(jù)電力專家的測(cè)試，電網(wǎng)中經(jīng)常發(fā)生并且對(duì)電腦和精密儀器產(chǎn)生干擾或破壞的原因主要有以下幾種：
l電涌（powersurges）
l高壓尖脈沖（highvoltagespikes）
l暫態(tài)過電壓（switchingtransients）
l電壓下陷（powersags）
l電線噪聲（electricallinenoise）
l頻率偏移（frequencyvariation）
l持續(xù)低電壓（brownout）
l電力中斷（powerfai1）
操作員站本身就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，對(duì)電源的要求非常高，以上的幾種電力供應(yīng)的異常現(xiàn)象都會(huì)影響到操作員站的正常工作和實(shí)用性能。而UPS的使用可以解決或避免以上不正常供電對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的干擾和破壞。
二、UPS介紹
UPS（UninterruptiblePowerSystem），即不間斷電源，是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。不僅在斷電時(shí)可以延續(xù)供電時(shí)間，而且提高供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量(指在線式UPS)。
UPS大致可分成三種：離線式（OffLine），在線式（Online）和在線交互式（Lineinteractive）。



離線式（又稱后備式）不間斷電源如上圖所示。正常時(shí)供電通過旁路直接向負(fù)載供電。只有在停電時(shí)，才通過逆變器將電池能量轉(zhuǎn)換為交流向負(fù)載提供電力。這是一種機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、控制簡(jiǎn)單、成本低。當(dāng)電網(wǎng)供電正常時(shí)對(duì)電源沒有任何處理，對(duì)供電的噪音以及浪涌的抑制能力差，存在轉(zhuǎn)換時(shí)間。


在線式不間斷電源平常由逆變器輸出向負(fù)載供電，只有當(dāng)UPS發(fā)生故障、過載或過熱時(shí)才會(huì)轉(zhuǎn)為由旁路輸出給負(fù)載。在線式UPS的特點(diǎn)：輸出的電力經(jīng)過UPS的處理，對(duì)網(wǎng)電噪音以及浪涌的抑制能力最強(qiáng)，輸出電源品質(zhì)最高，無轉(zhuǎn)換時(shí)間。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。



在線交互式UPS平常由旁路經(jīng)變壓器輸出給負(fù)載，逆變器此時(shí)做為充電器。當(dāng)斷電時(shí)逆變器則將電池能量轉(zhuǎn)換為交流電輸出給負(fù)載。其特點(diǎn)：具雙向性轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，UPS電池回充時(shí)間較短，存在轉(zhuǎn)換時(shí)間，控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，保護(hù)性能介于在線式與離線式UPS之間，對(duì)網(wǎng)電噪音和浪涌的抑制能力較差。
三、項(xiàng)目實(shí)施情況
操作員站作為人機(jī)接口界面，對(duì)于自動(dòng)化程度高的現(xiàn)代大型火電廠來說，是運(yùn)行人員實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)組進(jìn)行過程控制和過程監(jiān)視的設(shè)備。運(yùn)行人員通過操作員站進(jìn)行參數(shù)監(jiān)視、調(diào)整，設(shè)備的啟停和閥門的開關(guān)操作。因此，操作員站的穩(wěn)定安全運(yùn)行就直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)行水平。
現(xiàn)代大型火電廠基本上都是以分散控制為核心，自動(dòng)化程度高，對(duì)微處理器和計(jì)算機(jī)的正常工作依賴正日益增加。而現(xiàn)場(chǎng)大型設(shè)備的啟停，6KV開關(guān)的操作，電源工作段負(fù)載過重、電源工作段與備用段的切換以及計(jì)算機(jī)本身供應(yīng)電源的切換操作等都會(huì)產(chǎn)生以上幾種造成電源供應(yīng)的不正常的現(xiàn)象，從而對(duì)微處理器和計(jì)算機(jī)產(chǎn)生干擾或破壞。操作員站本身是一個(gè)融計(jì)算機(jī)技術(shù)、CRT技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件于一體的操作平臺(tái)。正常的電力供應(yīng)對(duì)操作員站來說是非常重要的，尤其是其中的內(nèi)存和硬盤，對(duì)電源的要求更高。內(nèi)存是主板上的存儲(chǔ)部件，是CPU直接與之溝通，并用其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的部件，存放當(dāng)前正在使用的（即執(zhí)行中）的數(shù)據(jù)和程序，它的物理實(shí)質(zhì)就是一組或多組具備數(shù)據(jù)輸入輸出和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的集成電路，內(nèi)存只用于暫時(shí)存放程序和數(shù)據(jù)，需要不斷的刷新動(dòng)作來保持存儲(chǔ)內(nèi)容，關(guān)閉電源，其中的程序和數(shù)據(jù)就會(huì)消失。如果是非正常斷電，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存中的信息來不及保存到硬盤上，造成信息因完全丟失或部分丟失而失去價(jià)值，從而造成精力、時(shí)間甚或經(jīng)濟(jì)的損失。硬盤，雖然應(yīng)用的是磁存儲(chǔ)介質(zhì)，不會(huì)因斷電而損失信息，但突然的電力故障會(huì)使正在進(jìn)行讀寫工作的硬盤物理磁頭損壞，或者系統(tǒng)文件在維護(hù)文件系統(tǒng)時(shí)，造成文件分配表錯(cuò)誤，從而造成整個(gè)硬盤的報(bào)廢。另外，操作系統(tǒng)中設(shè)置有虛擬內(nèi)存，由于突然的斷電，使系統(tǒng)來不及取消虛擬內(nèi)存，從而造成硬盤中的"信息碎片"，不僅浪費(fèi)了硬盤存儲(chǔ)空間，還會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)運(yùn)行緩慢，影響操作員站的使用性能。另外，計(jì)算機(jī)電源是一種整流電源，過高的電壓可能會(huì)造成整流器燒毀。而電壓尖脈沖和暫態(tài)過電壓以及電源雜訊等干擾都可能通過整流器進(jìn)入主機(jī)板，影響機(jī)器的正常工作，甚至燒毀主機(jī)線路。
因此，電力供應(yīng)問題是操作員站工作的重大威脅。如何為操作員站提供安全可靠的電源是我們不得不面對(duì)的問題。
為了解決這個(gè)問題，我們決定為每臺(tái)操作員站增加一臺(tái)不間斷電源，以提高輸入電源的可靠性。
示意圖如下：

正常工作時(shí)開關(guān)K打向廠用UPS電源端，由廠用UPS電源給操作員站供電；當(dāng)廠用UPS故障時(shí)，開關(guān)K自動(dòng)切向廠用保安電源。在線式UPS增加在供電電源和負(fù)載操作員站之間，正常供電時(shí)，起到噪音抑制、防浪涌保護(hù)、低電壓保護(hù)作用；當(dāng)進(jìn)行供電電源切換時(shí)，可以提供開關(guān)切換時(shí)間內(nèi)的電源供應(yīng)以及避免由于兩種電源之間相位不同和電壓不同對(duì)操作員站造成的沖擊；當(dāng)開關(guān)K故障導(dǎo)致供電電源中斷時(shí)，可以延續(xù)供電時(shí)間，以等待電源的恢復(fù)或提供系統(tǒng)正常關(guān)機(jī)所需要的時(shí)間，以避免故障期間信息的丟失

在具體實(shí)施中需要注意的幾點(diǎn)問題：
一是UPS模式的選擇。與在線交互式和后備式UPS相比，在線式UPS能夠?yàn)椴僮鲉T站提供更佳的電源環(huán)境。無論從穩(wěn)壓輸出范圍、頻率范圍、輸入噪音和浪涌的濾除，市電模式與電池模式零轉(zhuǎn)換時(shí)間和保護(hù)性能等方面的考慮，在線式UPS都明顯優(yōu)于前兩種模式。因此我們首選在線式UPS；第二，UPS容量問題。根據(jù)測(cè)量和了解，每臺(tái)操作員站的負(fù)載約為280W，考慮到功率因數(shù)的問題，為其配備1KVA的UPS就能夠滿足它的需要；第三，UPS保護(hù)性能問題；第四，UPS本身質(zhì)量問題和電池使用壽命問題。
目前我們?cè)诮o每臺(tái)操作員站增加了一臺(tái)山特城堡（castle）系列產(chǎn)品中的C1型在線式UPS。它的輸出電源為正弦波，能實(shí)現(xiàn)在市電模式與電池模式之間零切換時(shí)間，在滿載情況下，輸入功率因數(shù)可以達(dá)到0.9以上，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)環(huán)境造成污染，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)EN50091－2和IEC61000-4系列標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，抗電磁干擾與射頻干擾能力強(qiáng)，并且本身產(chǎn)生的電磁干擾與射頻干擾低，蓄電池為松下原產(chǎn)，電池質(zhì)量良好，保證UPS使用的安全性與可靠性。具體技術(shù)參數(shù)如下：
額定容量：1KVA
輸入電壓：(118~300)VAC
輸入頻率：(40~60)Hz
輸出電壓：220′(1 2％)VAC
輸出頻率：市電模式下與輸入同步，當(dāng)市電頻率超出(46~54)Hz范圍時(shí)，輸出頻率為50′(1 0.2)Hz。電池模式下50′(1 0.2)Hz
輸出波形：正弦波
備用時(shí)間：滿載大于5分鐘，半載大于14分鐘
電池形式：Panasonic密閉式免加水
轉(zhuǎn)換時(shí)間：零轉(zhuǎn)換時(shí)間
超載能力：110％－150％維持30秒鐘后輸出轉(zhuǎn)為旁路，150以上維持200ms
操作環(huán)境：溫度0℃-4℃
濕度20-90
通過增加在線式UPS，一是能夠躲過操作員站電源切換時(shí)間，完全避免由于輸入電源的切換造成對(duì)操作員站的沖擊。在沒有增加UPS之前進(jìn)行操作員站電源切換試驗(yàn)時(shí)CRT會(huì)出現(xiàn)短暫的黑屏，對(duì)操作員站的主機(jī)運(yùn)行也會(huì)造成影響；增加UPS后的幾次電源切換試驗(yàn)中這種現(xiàn)象再也沒有出現(xiàn)過。二是能夠大大提高輸入電源的品質(zhì)。例如輸入電壓，我們測(cè)量發(fā)現(xiàn)，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，操作員站采用的是廠用UPS電源，電壓為217VAC，經(jīng)過在線式UPS輸出后為222VAC，品質(zhì)有明顯提高。
四、目前需要注意的問題
通過增加在線式UPS保證了操作員站電源供應(yīng)的可靠性，改善了操作員站運(yùn)行環(huán)境，提高了它的穩(wěn)定性和安全性。然而隨著UPS的增加也帶來一些需要注意的問題：
1、在線式UPS電池的保養(yǎng)。電池是UPS的一個(gè)關(guān)鍵部件，不間斷電源的供電來源其內(nèi)部的電池放電。電池老化的原因除了外部環(huán)境因素以外，還有電池內(nèi)部化學(xué)變化等因素。即使是將電池長(zhǎng)期放置不用，電池也會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象。它的壽命一般是2-3年。因此電池的保養(yǎng)和狀態(tài)了解非常重要。定期對(duì)電池進(jìn)行充放電是電池保養(yǎng)的關(guān)鍵，但由于機(jī)組長(zhǎng)期在運(yùn)行中，無法進(jìn)行保養(yǎng)，只能在機(jī)組檢修期間對(duì)UPS電池使用狀態(tài)進(jìn)行了解，可以拔下UPS的輸入電源插頭，模擬當(dāng)正常電力供應(yīng)中斷，觀察電池放電的時(shí)間是否足夠長(zhǎng)？如果放電時(shí)間不足，則應(yīng)考慮更換電池，以保證當(dāng)電源中斷時(shí)電池有足夠的放電時(shí)間，保證檔案的儲(chǔ)存和系統(tǒng)的完全關(guān)閉。
2、如何提高UPS的運(yùn)行可靠性？輸入電源增加了UPS對(duì)操作員站的電力供應(yīng)起到了保護(hù)作用，但當(dāng)UPS本身發(fā)生故障時(shí)又怎么辦呢？目前一般的方法是用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的單機(jī)，構(gòu)成雙機(jī)或多機(jī)UPS系統(tǒng)，提高電源供電的可靠性，使在單臺(tái)UPS發(fā)生故障的同時(shí)，不會(huì)發(fā)生UPS中斷供電的情況。這可以根據(jù)我公司長(zhǎng)期使用情況來看是否需要。
總的來說，操作員站增加了在線式不間斷電源后，不僅可以在斷電時(shí)可以延續(xù)供電時(shí)間，躲過輸入電源切換時(shí)間，而且能抑制切換時(shí)產(chǎn)生的沖擊和正常供電時(shí)的噪音和浪涌，輸出穩(wěn)定電壓和穩(wěn)定的頻率。大大的提高了操作員站電源輸入的品質(zhì)，保證了操作員站的穩(wěn)定安全運(yùn)行。