大庆石化公司UPS供电方式方案
2011年1月13日化工一厂某化工厂160kVA双机冗余UPS内部短路跳闸导致所带全部负载失电，化工一厂裂解及下游部分装置停车，造成很大的经济损失。

针对此次事故，为保证化工一厂裂解、BG、化肥厂合成、炼油厂一、二重催及二加氢、水气厂空分装置的安全平稳运行，为避免UPS故障停机造成所带仪表、计算机、DCS 等设备失电影响生产，现对上述装置的UPS供电方式及供电方案进行分析。

研究改善目前的仪表UPS供电系统，以减少因UPS电源故障造成的控制系统和现场仪表失电停车。

一、上述装置UPS电源现状
见附表1：重要装置UPS设备情况
二、UPS供电方案
1）方案一：双机冗余供电方案
UPS不间断电源的主要作用就是在系统电源故障情况下，仪表的控制系统、操作系统在UPS电池组的后备时间内仍能处于正常工作状态。

同时，当UPS内部故障时，也可通过来自系统电源的旁路保证仪表设备的正常工作。

根据石化行业实际生产情况，一些重要装置采用单机UPS可靠性相对较低，不是所有UPS内部故障均能可靠切换到旁路或电池供电，一旦单机UPS出现严重的内部故障，将严重威胁装置的安全运行，使用双机UPS可大大提高仪表电源可靠性。

采用“冗余”式运行方式，即两台UPS之间通过并机板或并机线实现相互通讯，针对可能发生的各种故障，按机器内部的程序设置进行双机或单机切换，每台UPS的额定容量能够满足长期带全部负荷的要求。

其配置方式为：1#UPS、2#UPS工作电源分别取自变电
所I、II段母线。

旁路电源与维修旁路电源取自变电所同一段母线，两台UPS共用一个旁路电源。

1#、2#工作电源经两台UPS滤波、整流、逆变之后输出至配出柜的汇流母排，经空气开关由一条电缆送至仪
表电源柜，两台UPS均分负载。

双机冗余UPS运行工况方式如下：
1．外部电源及UPS正常的情况下，两台UPS整流—逆变运行，两台UPS均分负载。

2．当1#UPS工作电源故障后，1#UPS转为蓄电池供电，2#UPS正
常运行，由两台UPS均分负载。

3．当两台UPS工作电源均失电时，两台UPS均转为蓄电池供电，均分负载。

4．当两台UPS工作电源均失电，且两台UPS电池组先后达到电压下限时，UPS转为旁路运行，由一个旁路电源供电。

此时，若旁
路电源故障或旁路回路电气元件故障，负载将失去电源。

2）方案二：双机非“冗余”UPS供电
目前热电厂使用双机但相互独立的两台UPS为仪表电源供电。

其配置方式为：1#UPS工作电源取自变电所I段母线，旁路电源与维修旁路电源取自变电所对侧母线；2#UPS工作电源取自变电所II段
母线，旁路电源与维修旁路电源取自变电所对侧母线；两台UPS相
互独立，不需并机板或通讯线。

两台UPS经两条回路分别输出至仪
表电源柜中的两个电源模块。

每台UPS针对可能发生的各种故障，
按UPS机器内部的单机程序设置进行切换，每台UPS的额定容量均
满足长期带全部负荷的要求，供电方式见附图。

仪仪仪仪仪
双机非“冗余”UPS运行工况方式如下：
1．外部电源及UPS正常运行的情况下，两台UPS整流—逆变运行，两台UPS均分负载。

2．当1#UPS工作电源失电时，转为蓄电池供电，2#UPS正常运行，两台UPS均分负载。

3．当1#UPS内部故障时，1#UPS可切换至旁路运行；若旁路切换失败，转为2#UPS带全部负载运行。

3）方案三：双机“冗余”UPS供电，增加一路常规电源及STS
装置
在方案一的基础上，增加一路常规电源及一套STS装置，即“冗余”UPS电源及常规电源输出至STS装置，由STS输出至负载。

CB4
冗余UPS CB1
SCR1CB3
输出
常规电源
CB2SCR2
CB3A
CB5
STS
STS工作原理：STS的主回路由输入开关CB1、CB2，互为冗余的输出开关CB3、CB3A，旁路维修开关CB4、CB5以及由可控硅（SCR）构成的静态切换开关组成。

STS静态转换开关是用来实现两路交流电源之间进行不间断转换，在一路输入电源发生故障或需要检修、测试时实现从一路电源到另一路电源之间不间断地转换，同时禁止所接入的两路电源之间产生回流。

当两路交流电源的幅度、频率和相位差应控制在一定小的范围内时，STS的切换时间可以小于5ms；当两路交流电源的幅度、频率和相位差超出所控制的范围内时，STS的切换时间可以小于20ms；为了确保正确运行，当STS 内部出现故障时，设备会保证其中一路继续输出为负载供电，并严格禁止两路同时供电或断电的现象发生。

此次方案增加STS装置，两路电源其中一路“冗余”UPS电源为优选源，另一路常规电源为备选源。

当两路电源都正常的时候，冗余UPS电源一侧的静态开关接通，STS将“冗余”UPS电源提供给负载，而备选源一侧的静态开关则随时处于待命状态。

当优选源出现异常，静态切换开关将迅速地实现切换，将备选源提供给负载。

14）方案四：双机UPS各带一半负载供电方案
运行方式与方案二类似，其配置方式为：1#UPS工作电源取自变电所I段母线，旁路电源与维修旁路电源取自变电所对侧母线；
2#UPS工作电源取自变电所II段母线，旁路电源与维修旁路电源取自变电所对侧母线；两台UPS相互独立，不需并机板或通讯线。

两台UPS经两条回路分别输出至仪表电源柜中的两个电源模块，每个仪表电源模块各带一半负载。

每台UPS针对可能发生的各种故障，按UPS内部的单机程序设置进行切换。

双机UPS各带一半负载运行方式：
1．在外部电源及UPS正常运行的情况下，两台UPS整流—逆变运行，两台UPS各自承担其所带仪表电源模块的负载。

2．当1#UPS工作电源故障时，1#UPS转为蓄电池组供电；2#UPS 正常运行，两台UPS各自承担其所带仪表电源模块的负载；当1#UPS 蓄电池组达到电压下限时，1#UPS自动转为旁路运行。

3．当1#UPS内部故障时，1#UPS机器切换至旁路运行；若旁路切换失败，1#UPS所带仪表电源模块的负载失电，2#UPS所带仪表电源模块的负载正常工作。

三、UPS方案特点对比
1）优缺点
1．方案一双机“冗余”UPS供电：
优点：若一台UPS内部故障，仪表电源将不受任何影响，由另外一台UPS带全部负载。

缺点：UPS操作相对单台UPS复杂。

UPS冗余切换设计依靠通讯及软件控制，炼油厂曾发生冗余UPS切换失败，两台UPS跳闸事故。

由于输出至仪表DCS机柜仅为一条供电电源，当任一台UPS输出回路短路或输出电缆故障时，将造成两台UPS全部跳闸，供电中断，
类似上述化工一厂事故。

2．方案二双机非“冗余”UPS供电：
优点：操作相对“冗余”UPS简单，不影响另一台UPS运行，
仪表电源模块冗余，操作风险小。

由于两台UPS分布两个地点，减少同一环境等外界因素带来的影响，并且分别采用电缆连接至仪表DCS机柜为其供电，若一台UPS内部故障或输出电缆故障导致停机，DCS电源模块采用冗余设计，无故障的UPS仍有输出，不影响正常
的生产。

3．双机“冗余”UPS供电，增加一路常规电源及STS装置：
优点：若“冗余”UPS故障失电，将由另一路常规备用电源通
过STS装置自动切换，带全部负载，提高供电可靠性，由于UPS及常规电源来自于不同地点，切换正确能避免UPS馈出全停电事故的发生。

缺点：增加STS装置在电气侧，投资较大。

由于STS容量较大，设备复杂，增加较多切换环节，故障率也相应增加，另STS装置输出至仪表DCS机柜仅为一条供电电源（一条电缆），输出电缆或电源
故障也将影响生产，未从根本解决DCS等重要负载双电源问题。

4.方案四：双机UPS各带一半负载供电
优点：两台UPS采用双回路为仪表DCS机柜供电，若一台UPS
内部故障或输出电缆故障导致停机，故障UPS所带DCS电源模块的负载失电，无故障的UPS所带DCS电源模块的负载仍可正常运行，减小了UPS故障对生产装置的影响减少一半。

缺点：任何两台UPS中的任何一台UPS发生故障断电后，必会对生产装置造成影响。

四、总结
通过三个方案的分析对比，在一般装置选用单机UPS或方案一
供电。

对重要装置选用方案二供电，能够提高对仪表、计算机、DCS 等的供电可靠性。

由于部分DCS系统投运较早，仪表电源部分负载不能增加电源模块实现DCS电源冗余设计，在今后新建装置或新改造控制系统，应从设计阶段就确定双路独立UPS供电，即方案二。

供电、仪表整体考虑，逐步解决控制系统供电安全性较低的情况。

目前在大庆石化工程公司120万吨乙烯改扩建项目中，BGMA联合装置UPS的供电模式为方案二模式，提高了供电可靠性。

附表1：重要装置UPS设备情况。