翟佑华 江俊锋
（河南油田精蜡厂 473132）
摘要：本文先从UPS不间断电源给自动控制装置造成的损失和UPS电源固有的缺点出发，说明直流电源代替UPS电源的必要性；再从UPS电源常用负载用电特点出发，指出了直流电源代替交流电源的可行性和主要的替换方法，供广大读者参考。
关键词：丽江歌手侃侃UPS电源 直流电源 非计划停机 逆变器 整流器
一、问题的提出
对于供电中断后，会造成重大经济损失、甚至安全事故的用电设备，为提高供电的可靠性，常用的作法是在用电设备与电源之间，增加一个UPS不间断电源。随着工业自动控制和计算机的发展，在工厂，特别是石油、化工行业里使用UPS不间断电源的地方越来越多。如河南油田精蜡厂的热电站就使用了四套UPS电源，它们分别用作热电站的微机监控电源、事故照
明电源、3MW背压式汽轮发电机组和锅炉自动控制电动调节仪表电源。尽管河南油田精蜡厂使用的UPS电源都是国际知名厂家制造的名牌产品，但通过近几年的运行，多次发生因UPS电源故障造成热电站锅炉中断运行的现象（最严重的一个月，仪表、汽机分别于不同时间各出现一次停电事故）。锅炉中断运行，会造成河南油田精蜡厂蒸汽供应中断，炼化装置出现非计划停机。河南油田精蜡厂每出现一次非计划停机，会造成20—50万元的经济损失。为减少UPS不间断电源故障给精蜡厂造成的经济损失和安全事故，到一个比UPS不间断电源更可靠的电源，我厂技术人员做了大量认真细致的技术工作。通过分析、研究发现：A、直流电源比UPS不间断电源可靠性高；B、常用交流电气设备通过技术改造后，可以用直流电源供电。为便于与广大同行的交流，现将直流电源代替UPS不间断电源的必要性、可行性及实施方法介绍如下：
二、直流电源代替UPS蒸螃蟹的做法不间断电源的必要性：
UPS不间断电源和直流电源的结构简图分别如图（1）、图（2）所示，通过对它们的结构、元器件的分析，不难发现，UPS不间断电源与直流电源相比，存在着以下一些主要缺陷：
1、 UPS不间断电源与直流电源相比，增加了一个逆变环节。大家都知道，逆变器的电路结构要比整流器复杂数倍以上。同时，逆变的功率元件—大功率三极管工作在开关状态，要承受换流时的过电压和功率损耗。尽管逆变器用功率元件的反向耐电压要比直流电源功率元件高数倍，其它元器件的选择也要比直流电源严格得多，UPS不间断电源总成本是同等容量直流电流的数倍以上。但由于上述原因，UPS不间断电源的安全可靠系数远不及直流电源。如：A、河南油田精蜡厂热电厂2000年3月30日的一次母线过电压事故，四台UPS电源全部损坏，仅修理费就花了近20万元；而接在同一母线上的直流电源没有出现任何不良现象。B、热电站的四台UPS不间断电源通过三年多的运行，已出现十余次故障；而同期投入的直流电源没有出现一次引起供电中断的事故。这些均说明直流电源可靠性比UPS不间断电源供电高得多。
2、 对于UPS不间断电源结构如图（1）所示：当AC1电源中断或整流器损坏时，可以由电池E通过逆变器继续向用电负载供电；但如出现电池、逆变器损坏，AC1停电时间过长（超过电池放电容量）等现象时，UPS电源就会停止向负载供电。由于逆变器输出电压存在着波形、相位、频率等方面的差异，使得逆变器的输出端不能与其它电源（包括其它逆变电源）并联。即：在K1开关断开之前， K2开关不能合，否则将使事故进一步扩大。此时，如要恢复负载的供电，必须先断开K1开关，再投入K2开关，才能使负载实现接入备用电源的操作。UPS不间断电源不能自动地、不间断地从一个电源切换到另一个电源上，使
UPS不间断电源做不到真正意义的“不间断供电”，不能满足特殊负载对供电高可靠性的要求。而直流电源如图（2）所示，它不存在波形、相位、频率的差异。两个直流电源通过二极管隔离后，就可以直接并联，共同向负载供电。这样，无论哪个电源（无论是直流电或交流电）供电中断或故障，另一个电源均会自动地、无间断地、相对独立地向用电负载供电。用电负载由于由两个相对独立的电源同时地、互为备用地供电，使用电负载获得了真正意义的 “不间断” 电源，从而进一步提高了供电的可靠性，减少因系统失电造成的经济损失。
三、直流电源代替交流电源的方法：
如上所述，UPS电源一般只作为控制仪表、计算机、事故照明等的电源，我们常将它们称作“保安电源”。它的主要特点是容量较小，对可靠性的要求高、用电负载均使用对爸爸说的话50HZ，220V交流电源。如何使现有负载的用电方式发生改变，将220V直流电源接到现有负载上，是完成这次技术改造的关键之所在。现我们结合常用交流负载用途、结构等特点，逐一分析用直流电源代替交流电源的方法。
1、 事故照明系统：
① 对于白炽灯等电阻性照明灯具，只要直流电压的有效值与交流电压相同，直流电源就可以不经任何改造地代替交流电源供这些负载使用。
② 对于气体放电照明灯具，如日光灯、水银灯等，常用工频电抗器（镇流器）作为限流元件。由于电抗器不能限制直流电流，因此，不能将直流电源接在这些灯具中使用。但随着电子技术的发展，人们发明了电子镇流器和节能灯。电子镇流器和节能灯的电路结构如图（3）所示，它是将220V交流电不通过工频变压器，直接整流滤波变成直流电；直流电通过三极管逆变成高频的交流电；交流电通过LC串联谐振电路在灯管两端产生一个高电压，使灯管两极之间放电，达到启动灯管的目的；灯管启动后，由高频电抗器限制流过灯管的电流。电子镇流器与传统的镇流器相比，具有无频闪、无噪声、体积小、重量轻、节能和能实现低电压启动等优点。如是电子镇流器或节能灯，在整流滤波前加上220V交流或直流电压，经整流后的直流电压基本相同，并且不影响高频逆变的效果。因此，使用电子镇流器或节能灯的灯具，可以接在220V直流电源上。如是使用工频镇流器的气体放电灯具，只有将工频镇流器换成电子镇流器后，才能将灯具接在220V的直流电源上。
2、 对微机监控系统：
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① 微型计算机主机所用稳压电源均采用开关型稳压电源，它的常用结构如图（4）所示：它是将交流电不通过工频变压器，整流 成直流电；直流电通过逆变，变成高频的交流电；高频的交流电通过高频变压器B隔离、整流稳压变成微机装置使用的低压直流电源。它是通过改变开关三极管的导通时间或开关频率达到稳压的目的。开关型稳压电源与串联型稳压电源比较，具有：体积小、效率高、无工频变压器、允许电源电压有较大的波动范围等优点。同电子镇流器一样，微机主机电源可以接在220V直流电源上。
② 计算机显示器内的元件，除消磁线圈、消磁电阻使用交流电源外，其它元件均使用经开关稳压电源稳压后的直流电。其中，消磁的过程是：开机时，由于消磁电阻温度同室温，电阻很小（约20Ω），在消磁线圈内产生强大的交流电流（5—10A）。这个电流一方面，使消磁电阻发热，电阻逐步增大到20—100KΩ左右，电流逐步减少到2—10mA；另一方面，逐步减少的交流电流，产生一个逐步减少的交变磁场，消除显像管内的剩磁。如消磁回路接在直流电源上，会使显像管单向磁化而损坏。因此，对显示器我们可以采取两种办法对其进行改造。第一种方法是：将显示器接在带备自投的双电源上，当显示器正在使用的交流电源断电时，备用电源能在短时内自动投入。由于显示器只是作为人机交换的一个界面，它短时断电不会造成微机内的数据丢失、更不会影响生产装置的安全运行。用这
种方法改造显示器，优点是可以不改变显示器内的任何接线，缺点是当显示器正在使用的交流电源断电时，会造成显示器短暂失电。第二种方法是：将显示器的消磁线圈和消磁电阻单独引出，将显示器其它回路接在220V直流电源上。当显示器需要消磁时，将消磁线圈和消磁电阻短暂接入交流电源即可。用这种方法改造显示器，优点是：显示器不会因为交流电源的断电而失电；缺点是：要改变显示器内的接线、要引出两根电源线、并要确保消磁回路不接在直流电源上。
3、电动调节仪表控制系统：
如是用DDZ-Ⅲ型以上电动调节仪表，由于已采用电源箱供给各单元24V直流电源的集中供电方式，各单元省掉了工频电源变压器，解决了仪表的发热问题，也为仪表的防爆提供了条件。同时，24V直流电源大部份采开关型直流稳压电源，可以用220V直流电源供电。小部分采用工频变压器隔离降压、三极管串联型稳压电源，应改造成开关型稳压电源，然后接到220V直流电源上（随着电子技术的发展，开关型稳压电源的价格已降到很低，如常用计算机电源，每只不足100元）。
六大古都如是用DDZ—Ⅱ型（现已不再生产）及更早时期的电动调节仪表，由于它是采用交流220V
电源通过工频变压器向各单元供电，每个调节单元都有一只电源变压器、控制电压分散、元件故障率高、防爆性能差。因此，在石油、化工行业已逐步被DDZ-Ⅲ型以上电动仪表代替。如将DDZ—Ⅱ型电动调节仪表换成DDZ-Ⅲ型以上的电动调节仪表，就能接在220V直流电源上。如电动调节仪表换型确有困难，那只有在直流电源与电动仪表之间加一个可靠性较高的逆变器，以满足小部分DDZ—Ⅱ型仪表的用电要求。
4、全部改造工作完成后，应注意的事项：
① 由于直流电没有电流、电压的过零点；并且供电线路存在着电感，因此开关的断流能力有所降低。对于工作电流较大的线路，应增加开关的容量或增加一个如图（5）所示的续流环节，以满足开关断流能力的需要。
② 事故照明电源应与正常的生产照明电源分开，或增加一个事故照明电源自投装置，以减少直流电源容量和照明回路故障对自动化装置的影响。
③ 为减少由于某一用电负载短路而影响其它用电负载的安全运行，还可以采用：A、在负载容量较小的回路串入一个限流电阻以降低短路电流；B、提高各出线开关保护的灵敏度；C、增加一至两套直流电源等方法进一步提高供电的可靠性。
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直流电源代替UPS不间断电源，能极大地提高自动控制系统用电的可靠性，减少因电源故障造成的经济损失和安全事故。同时，直流电源比UPS不间断电源结构简单、成本低、维修方便。因此，直流电源代替UPS不间断电源，将给石油、化工企业创造极大的经济效益。但是，直流电源代替UPS不间断电源是一个系统工程，它涉及到仪表、计算机、自动控制系统等各个方面，如漏掉一个环节，就有可能造成全部改造工作的失败。因此，它要求电气技术人员，在改造前，必须同仪表、计算机、自动控制等方面的技术专家合作，共同制订改造方案。
参考文献：
1、 吴勤勤 主编，上海化工学院等合编《电动调节仪表》［M］，化学工业出版社1986.6
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