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1．系統(tǒng)設(shè)備的需求分析
    鋼鐵企業(yè)根據(jù)工作的特點(diǎn)，可將其使用的負(fù)載設(shè)備分成通訊控制設(shè)備和動(dòng)力設(shè)備。

1.1   通訊控制設(shè)備
    通訊控制設(shè)備應(yīng)于在企業(yè)中的各個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括過程控制與監(jiān)控、自動(dòng)化設(shè)備、測量儀器儀表、各種傳感器、執(zhí)行元件和機(jī)構(gòu)、以及其它計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)設(shè)備等，比較典型的有PLC（可編程控制器）、DCS（分散控制系統(tǒng)）和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等裝置。通訊控制設(shè)備的特點(diǎn)體現(xiàn)為數(shù)量多、分布廣、應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多樣，它們能否工作正常，有賴于電源供給的質(zhì)量，自動(dòng)化程度越高的應(yīng)用場合，對電源質(zhì)量的依賴越明顯。
    例如PLC等裝置，通常要求供電電源為50Hz、220V±10%，可以承受的中斷時(shí)間小于10ms，由于設(shè)置的數(shù)據(jù)需要初始化，一旦運(yùn)行則不能停止工作。實(shí)際應(yīng)用中，PLC卻很容易受到電源質(zhì)量的影響，象電磁干擾、零地電壓高、電壓過高或過低、電源中斷等問題，都會(huì)造成PLC工作不正常，并最終導(dǎo)致PLC所控制的設(shè)備出錯(cuò)，影響生產(chǎn)進(jìn)程。而在工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，電源質(zhì)量問題是頻繁發(fā)生的，因此，生產(chǎn)自動(dòng)化的通訊控制設(shè)備應(yīng)采用具有穩(wěn)頻穩(wěn)壓功能的在線式UPS提供電源保護(hù)，對UPS供電可靠性需特別關(guān)注。
    對于機(jī)房里使用的計(jì)算機(jī)、服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同樣面臨著各類電源質(zhì)量問題，并可能發(fā)生數(shù)據(jù)丟失、誤碼、硬件損壞等情況，同樣要求采用在線式UPS提供可靠電源保護(hù)。

1.2   動(dòng)力設(shè)備
    鋼鐵生產(chǎn)流程的動(dòng)力設(shè)備以電機(jī)負(fù)載為主，從功能上大體可以分成兩類：
    A、 生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，例如軋鋼機(jī)傳動(dòng)，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，工藝要求調(diào)速傳動(dòng)的，大多數(shù)采用直流傳動(dòng)或交流調(diào)速傳動(dòng)。采用直流傳動(dòng)的，需要配置直流驅(qū)動(dòng)器；采用交流調(diào)速傳動(dòng)的，則需配置變頻器。不管是采用直流或者交流傳動(dòng)，這些設(shè)備都會(huì)面臨電源故障的問題（斷電、電壓波動(dòng)），并由此發(fā)生產(chǎn)品缺陷、生產(chǎn)設(shè)備受損甚至是生產(chǎn)事故，因此需要配置UPS電源保護(hù)。
    B、 鋼鐵生產(chǎn)流程中大量采用的供/排水泵、鼓風(fēng)機(jī)和除塵風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)的數(shù)量多，一些風(fēng)機(jī)的容量比較大，一般為中壓電機(jī)（3-10KVac），常規(guī)設(shè)計(jì)為不停機(jī)運(yùn)行，采用MW級供電電源；風(fēng)機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)需要單獨(dú)供電，由UPS提供電源保障。

2.關(guān)于電源系統(tǒng)可靠性的考慮[此節(jié)可根據(jù)需要裁減>
    構(gòu)建可靠的不間斷電源系統(tǒng)，不僅需要選用高可靠的UPS電源產(chǎn)品，還需要綜合考慮電源配置方案、工程安裝與調(diào)試、維護(hù)與保養(yǎng)等多種因素，確保系統(tǒng)設(shè)備的長期可靠運(yùn)營。
    UPS作為重要的生產(chǎn)和控制設(shè)備的電源保護(hù)中心，要求其具備較高的可靠性、可用性和可管理性。選擇UPS主要考慮如下因素：
 a)UPS的硬件系統(tǒng)應(yīng)是可靠的；
 1）選用工藝成熟性能穩(wěn)定的機(jī)型。
 2）UPS應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的元器件，特別是關(guān)鍵的部件如功率器件、大電解電容、接觸器等，逆變功率器件應(yīng)采用IGBT。
 b)UPS應(yīng)具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力；
 由于工業(yè)電網(wǎng)環(huán)境相對復(fù)雜，UPS應(yīng)能較好適應(yīng)：
 1）  UPS應(yīng)有較寬的輸入電壓和頻率范圍。范圍小的UPS會(huì)頻繁轉(zhuǎn)由電池供電，減少電池的后備時(shí)間，而且長期放電對電池壽命明顯不利。
 2）  UPS應(yīng)有帶油機(jī)功能，即UPS在市電長期停電時(shí)應(yīng)能由油機(jī)供電。油機(jī)供電的顯著特點(diǎn)是電壓頻率和波動(dòng)較厲害，如UPS不能適應(yīng)則可能導(dǎo)致整流器工作不正常甚至損壞。
 3）  UPS的EMC電磁兼容性要好，免受市電或負(fù)載的干擾。
 4）  由于使用環(huán)境的溫度、濕度和潔凈度可能比較差，要求UPS具備較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。
 c) 選用過載能力強(qiáng)，保護(hù)功能完善的UPS；
  UPS應(yīng)能帶各種負(fù)載，過載能力強(qiáng)，而且保護(hù)功能完善。常用的保護(hù)功能有：輸出短路保護(hù)、過載保護(hù)、過溫保護(hù)、電池欠壓保護(hù)、輸入過壓保護(hù)和輸出過壓保護(hù)等。
 d) 選用帶輸出隔離變壓器的UPS；
  UPS帶輸出隔離變壓器大大提高抗負(fù)載沖擊能力，而且可以消除來自電網(wǎng)的干擾和尖峰危害。輸出隔離的結(jié)構(gòu)，使得UPS輸出保持較低零地電壓，避免高頻化結(jié)構(gòu)零線高頻電流產(chǎn)生的零地電壓問題，這對于PLC等設(shè)備尤為重要。
 e) UPS應(yīng)配用優(yōu)質(zhì)電池
  在市電停電后，UPS靠電池提供后備能量。如果這時(shí)電池故障，則供電中斷，系統(tǒng)宕機(jī)。大功率UPS一般是數(shù)十只電池串聯(lián)使用，單只電池?fù)p壞即有可能造成整組電池不可用。
電池有一定的使用壽命，壽命終止的電池，不管性能是否還保持良好，都建議全部更換。
 f) UPS的雙機(jī)或多機(jī)熱備份系統(tǒng)
  UPS作為電子設(shè)備，畢竟存在失效的可能，如果UPS發(fā)生故障，將轉(zhuǎn)由旁路供電，其負(fù)載將失去保護(hù)。對于關(guān)鍵的系統(tǒng)或部門，依靠單臺UPS保護(hù)還不夠，一般會(huì)采用二臺（或多臺）UPS構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)熱備份系統(tǒng)，提高系統(tǒng)供電可靠性。
  對于重要的負(fù)載，還可以考慮在負(fù)載側(cè)采用一主一從冗余備份供電的方式，解決單一路徑下電纜和空開的單點(diǎn)故障問題，進(jìn)一完提高可靠性。
 g) UPS應(yīng)具備較強(qiáng)的充電能力和電池管理能力
  大功率UPS為了保證后備時(shí)間，使用的電池容量較高，因此UPS 應(yīng)根據(jù)電池的物理化學(xué)特性和環(huán)境條件配置適宜的充電回路，并具有足夠的電池再充電能力，保證在較短的時(shí)間內(nèi)對電池回充。當(dāng)然UPS的充電器同樣需要較強(qiáng)的電網(wǎng)適應(yīng)能力。
  充電器的充電方式直接影響電池的使用壽命。UPS應(yīng)能提供均充和浮充等自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式。另外，大功率的UPS，還應(yīng)能提供定期的電池測試和放電功能，方便用戶的維護(hù)和管理。
 h) UPS應(yīng)具備智能化和網(wǎng)絡(luò)化管理功能
  大功率UPS一般和機(jī)房計(jì)算機(jī)設(shè)備分開放置，而且無人值守，因此如何讓設(shè)備管理員及時(shí)了解其運(yùn)行狀態(tài)特別重要。
 常見的UPS監(jiān)控有四種：
 1）  通過RS232和電源管理軟件監(jiān)控。在管理員的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行軟件，對UPS監(jiān)控，但因?yàn)镽S232的有效距離只有12米，應(yīng)用受到一定限制；
 2）  通過RS485和遠(yuǎn)程監(jiān)控面板。遠(yuǎn)程監(jiān)控面板的作用相當(dāng)于把UPS的顯示面板搬到設(shè)備管理員面前，由于操作便捷，實(shí)用性強(qiáng)。
 3）  SNMP管理。這種方式一般是UPS配套SNMP適配器，管理員通過網(wǎng)絡(luò)管理軟件對UPS監(jiān)控管理。
 4）  WAP管理。這種方式是UPS配套短信息告警器。當(dāng)UPS出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，可將相關(guān)信息按短信息的形式，發(fā)給預(yù)設(shè)定的手機(jī)號碼，提醒相關(guān)人員。

3.鋼鐵生產(chǎn)流程的UPS應(yīng)用方案案例
 3.1 煉鋼區(qū)UPS應(yīng)用
 a) PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)
  鐵水脫硫處理、連鑄、RH濁環(huán)水等環(huán)節(jié)都采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制。為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，必須配置UPS以提供純凈的不間斷電源，推薦容量在3～60KVA。

圖 1煉鋼連鑄機(jī)

 b) 轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化系統(tǒng)
  轉(zhuǎn)爐的加料、吹氧、出碴、除塵、水循環(huán)等各個(gè)環(huán)節(jié)都由PLC系統(tǒng)控制，電網(wǎng)的波動(dòng)和中斷會(huì)影響煉鋼的質(zhì)量。為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，必須配置UPS以提供純凈的不間斷電源，推薦容量為10～30KVA。
 c) 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)及氧槍
  在生產(chǎn)過程中，轉(zhuǎn)爐需要保持在一定的傾動(dòng)速度范圍內(nèi)。市電掉電會(huì)使傾動(dòng)電機(jī)停轉(zhuǎn)，無法完成轉(zhuǎn)爐兌鐵水、出鋼、加料、修爐等一系列工藝操作。當(dāng)主供電回路停電時(shí)，煉鋼轉(zhuǎn)爐中的氧槍需迅速提升，鋼水外流，避免鋼水固化，造成轉(zhuǎn)爐報(bào)廢。因此，傾動(dòng)電機(jī)及提槍電機(jī)必須配置UPS，以保證停電時(shí)正常工作。

 圖 2煉鋼轉(zhuǎn)爐

 圖 3煉鋼轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置

  由于傾動(dòng)電機(jī)和提槍電機(jī)等設(shè)備，均屬于電機(jī)類負(fù)載，其啟動(dòng)電流通常會(huì)達(dá)到額定電流的7~11倍，并維持?jǐn)?shù)百個(gè)周波（每個(gè)周波20ms），對UPS的沖擊比較厲害，UPS較易發(fā)生過流保護(hù)。所以要用UPS直接帶電機(jī)，UPS的額定功率應(yīng)是電機(jī)額定功率的5倍以上。對于70KW的電機(jī)，應(yīng)配置70KW×5=350KW，考慮UPS的輸出功率因數(shù)為0.8，則應(yīng)配置UPS的功率為225KW÷08≈440KVA。
  如果在電機(jī)之前增配變頻器，利用變頻器控制電機(jī)的啟動(dòng)，將啟動(dòng)電流限制在較小程度（1～1.25倍額定電流），這樣可以減小UPS的配比。UPS帶變頻器、變頻器帶電機(jī)的模式，則推薦容量比例UPS：變頻機(jī)：電機(jī)=1.5：1.25：1。對于70KW的電機(jī)，可配置70×1.25=87.5KW的變頻器，配置70×1.5÷08=131KVA的UPS。

 圖 4 UPS與變頻器的組合應(yīng)用

  上圖中，UPS輸入采用ATS自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，由2路市電供電。正常情況下ATS自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)投擲到市電1的位置，市電1作為主輸入電源，市電2作為備用輸入電源。如果市電1中斷，ATS自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)將自動(dòng)切換至市電2供電（切換時(shí)間與ATS有關(guān)，一般為秒級）；當(dāng)市電1恢復(fù)供電后，ATS自動(dòng)切換由市電1供電。只有在市電1和市電2都斷電的情況下UPS才由電池供電。
    由此，ATS雙電源輸入供電系統(tǒng)可以減少UPS電池系統(tǒng)的放電次數(shù)與放電時(shí)間，大大提供了系統(tǒng)的可靠性。

表格 1 煉鋼區(qū)UPS應(yīng)用

序號區(qū)域流程UPS型號功率后備時(shí)間供電制式
1煉鋼連鑄PLCFR-UK336060KVA30分鐘三進(jìn)三出，單機(jī)
2連鑄單體設(shè)備FR-UK311515KVA30分鐘三進(jìn)單出，單機(jī)
3連鑄旋流井FR-UK50L5KVA30分鐘三進(jìn)單出，單機(jī)
4脫硫FR-UK111010KVA30分鐘單進(jìn)單出，單機(jī)
5轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化系統(tǒng)FR-UK333030KVA30分鐘三進(jìn)三出，并聯(lián)
6轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)、氧槍FR-UK33160160KVA30分鐘三進(jìn)三出，并聯(lián)，配置100KW變頻器 

  
3.2    高爐區(qū)UPS應(yīng)用
 a)    PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)
    高爐區(qū)的槽上、槽下、渣處理、高爐本體、爐頂、熱風(fēng)爐及主控樓主要設(shè)備為PLC，必須配置UPS供電系統(tǒng)以提供純凈、不間斷的電源，才能確保各生產(chǎn)環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。容量在3KVA至60KVA之間。
 b)    煤粉噴吹、出鐵場設(shè)備
 煤粉噴吹的主要設(shè)備是電機(jī)和變頻器，使煤粉在風(fēng)口小套通風(fēng)道內(nèi)進(jìn)行旋風(fēng)燃燒，以提高煤粉燃燒率，市電中斷后，電機(jī)停轉(zhuǎn)，無法運(yùn)送煤粉，影響燃燒質(zhì)量和效果。出鐵場的設(shè)備是電機(jī)和變頻器，市電中斷后，電機(jī)停車，會(huì)影響到整個(gè)出鐵的流程。所以煤粉噴吹、出鐵場設(shè)備必須用UPS保證停電后整個(gè)生產(chǎn)流程正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖5 高爐出鐵

表格 2 高爐區(qū)UPS應(yīng)用

序號區(qū)域流程UPS型號功率后備時(shí)間供電制式
1高爐槽上FR-UK311010KVA30分鐘三進(jìn)單出，單機(jī)
2槽下FR-UK311515KVA30分鐘三進(jìn)單出，單機(jī)
3渣處理FR-UK311010KVA30分鐘三進(jìn)單出，單機(jī)
4煤粉噴吹FR-UK312020KVA30分鐘三進(jìn)單出，單機(jī)
5出鐵場FR-UK333030KVA30分鐘三進(jìn)三出，單機(jī)
6高爐爐頂熱風(fēng)爐FR-UK336060KVA30分鐘三進(jìn)三出，單機(jī) 

 
3 軋鋼區(qū)UPS應(yīng)用
 a)    加熱爐
  軋鋼加熱爐是通過在線的參數(shù)測量傳遞至操作站，實(shí)施過程控制，采用PLC系統(tǒng)對爐壓和燃燒進(jìn)行控制。電網(wǎng)的中斷或干擾，會(huì)引起參數(shù)測量的偏離和控制系統(tǒng)的失效，對設(shè)備造成損壞或影響燃燒質(zhì)量和效果。因此，加熱爐設(shè)備必須配置UPS，以提供穩(wěn)定的不間斷的電力保障，容量從20KVA到60KVA。

圖 6軋鋼加熱爐

 b)    軋機(jī)
軋機(jī)是用來得到特定規(guī)格的型鋼，其產(chǎn)品都有嚴(yán)格的精度要求。若電源異常會(huì)造成型鋼產(chǎn)品缺陷，及型鋼扎制事故。需要有UPS進(jìn)行保護(hù)，容量在40KVA到100KVA之間。

圖 7 軋機(jī)

表格 3 軋鋼區(qū)UPS應(yīng)用

序號區(qū)域流程UPS型號功率后備時(shí)間供電制式
1軋鋼加熱爐FR-UK312020KVA30分鐘三進(jìn)單出，單機(jī)
2FR-UK336060KVA30分鐘三進(jìn)三出，單機(jī)
3軋機(jī)FR-UK334040KVA30分鐘三進(jìn)三出，單機(jī)
4FR-UK335050KVA30分鐘三進(jìn)三出，單機(jī)
5FR-UK338080KVA30分鐘三進(jìn)三出，單機(jī)


4．信息中心UPS應(yīng)用

  隨著鋼鐵行業(yè)信息化技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，鋼鐵企業(yè)將信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)、Internet以及電子商務(wù)運(yùn)用到鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)改造、質(zhì)量控制、供應(yīng)鏈等作各個(gè)過程，從而實(shí)現(xiàn)信息化，促進(jìn)提高企業(yè)運(yùn)作效率、降低成本、進(jìn)一步提升企業(yè)競爭力。
  鋼鐵企業(yè)信息化，包括三個(gè)層次：網(wǎng)絡(luò)平臺、業(yè)務(wù)平臺和企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，而業(yè)務(wù)平臺和企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)都是構(gòu)建在網(wǎng)絡(luò)平臺之上，所以網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是重中之重。建設(shè)一個(gè)安全可靠的基礎(chǔ)電力保障設(shè)施，是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必要的基礎(chǔ)工程。所以在鋼鐵企業(yè)，UPS系統(tǒng)對構(gòu)建不間斷安全供電平臺的重要性日益突顯。

  對鋼鐵企業(yè)信息中心，推薦采用UPS的雙回路冗余供電系統(tǒng)，具有高度容錯(cuò)的能力，可以杜絕單點(diǎn)故障隱患。

圖8 UPS雙回路冗余供電系統(tǒng)

  UPS雙回路冗余供電系統(tǒng)，采用2臺三進(jìn)三出大功率UPS組成1+1并聯(lián)冗余系統(tǒng)輸出，作為負(fù)載設(shè)備的主電源輸入，1路市電（也可以是另一路UPS）作為負(fù)載設(shè)備的備用電源輸入。如方案圖示，對于雙電源負(fù)載設(shè)備，可以直接接入二路輸入，分別來自UPS并機(jī)系統(tǒng)和市電回路，提高供電保障；對于單電源負(fù)載設(shè)備，在其前端配置KTS冗余開關(guān)，利用冗余開關(guān)的冗余配電功能提高供電可靠性——冗余開關(guān)具有二個(gè)輸入端子，一個(gè)輸出端子，只要保證有一路輸入，輸出就不會(huì)中斷。此種應(yīng)用，當(dāng)主回路供電系統(tǒng)供電中斷時(shí)，負(fù)載設(shè)備切換至由備用電源回路供電；從而大大提高了負(fù)載設(shè)備的供電可靠性，全面保護(hù)整個(gè)信息中心的的各種硬件設(shè)備、運(yùn)行程序和數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的傳輸。

表格4　信息中心UPS應(yīng)用

序號區(qū)域UPS型號和數(shù)量功率后備時(shí)間供電制式
1信息中心FR-UK33160 * 2160KVA1小時(shí)三進(jìn)三出，并聯(lián)
2KTS-32 * 103KVA/單進(jìn)單出冗余開關(guān)