钢铁企业不间断电源（UPS）系统的智能化应用实践

李智勇，兰志玉，董云江，甄 众，马来存

（新天钢联合特钢有限公司，天津 301500）

0 引言

新天钢联合特钢有限公司是一家集烧结、球团、高炉炼铁、转炉炼钢、连铸以及热轧生产线的综合性钢铁企业。钢铁生产是一种连续性生产过程，不论是从生产角度还是从安全角度考虑，其主体生产设备对公辅系统的依赖性都很高。近年来，钢铁企业的自动化、智能化程度越来越高，自动化系统对供电的稳定性需求逐渐提高，不间断电源（UPS）受到重视，并逐渐发展成为一种具有稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰以及防电压冲浪等功能的电力保护系统[1-2]。尤其是在电网的线路及供电质量不太高、抗干扰技术落后且自动化控制系统对电源的要求又比较高的情况下，UPS 的作用就显得更加明显。因此，亟需对不间断电源（UPS）系统进行智能化升级改造。

本文以新天钢联合特钢有限公司烧结厂为例，对自动化系统UPS 供电系统进行集中供电改造和智能化升级，全厂UPS 数量从原来的45 套缩减至9 套，并且在重点系统上设置了热备冗余，统一了不间断电源（UPS）以及蓄电池的规格型号，大大降低了备件成本，减少了故障点，降低了故障率，进一步提高了烧结生产的稳定性。

1 公司UPS 系统运行现状

目前，公司的不间断电源（UPS）均已经使用多年，随着电子元器件的老化，经常会出现故障，导致停机，影响正常生产作业。由于未对UPS 配备的蓄电池进行日常维护保养和精确的测试检验，也未对电池的寿命和电量的剩余情况进行监测。因此，一旦市电停供以后，电池容量没有数据参考，UPS 的正常供电就存在安全风险，不能确保系统稳定运行。

1）现场UPS 使用位置分散，大小功率不等，型号不统一，每个都单独配置不同的蓄电池。维护点多，故障点多，电线电缆和电池的消耗量大，备件品种多，不具备通用性，库存成本大。

2）现场UPS 大部分是单机运行，没有冗余热备，一旦UPS 出现故障，没有热备切换，存在安全隐患。一旦发生故障，整个生产控制系统将突然停电，设备突然停机，且无法通过电脑查看设备的状态，造成生产事故。一些重点介质阀门无法及时关闭或打开，容易造成煤气泄露等重大安全事故。

3）没有对UPS 的蓄电池[3-4]进行现场检测，电池维护保养没有参考的技术指标数据，不能及时发现电池的故障，整个蓄电池系统的故障无法第一时间预警。如果电池已经老化，从外观上也很难识别，对整个电源系统的稳定运行造成很大的潜在安全隐患。

4）整个后备电源UPS 系统是工业自动化系统的电力能源提供者，如果自动化系统是人体大脑，后备电源系统就相当于人体心脏，担负着非常重要的责任。目前，系统缺乏智能化数字化管理，没有一个完整的运维系统，没有形成数据积累与环路，急需进行智能化、数字化改造，增强系统的抗风险能力和稳定性，确保企业正常生产。

2 不间断电源（UPS）系统的智能化升级方案措施

鉴于上述问题，新天钢联合特钢公司对现场进行实际评估、可行性调研后，提出并实施了不间断电源（UPS）系统的智能化应用实践[5-6]，将分散的UPS 进行集中设计管理，集中供电。为了提高稳定性、可靠性，采用双机热备冗余。设计功率为20 kVA，三进/单出，交流380 V/220 V,带隔离变压器，电路板做三防处理，配套电池柜系统内含输入总开关、输出总开关、旁路开关和电池开关。UPS 实时检测系统的7 寸触摸屏可显示UPS 系统的电压、电流、报警及UPS 主机监控信息，如图1 所示。设计电池组一体电压、温度检测装置，能够测量单节电池内阻、温度，并显示测量数据，如图2 所示。预留无线远程监控接口网关,具有云数据中心远程数据查询功能。同时，将UPS 主机的参数进行数据监控上传。对电池系统进行监控，对单电池的温度、电压、内阻和电池容量进行数据测量监控，并且在人机界面显示、报警。

图1 UPS 实时数据及状态

图2 电池组数据

实施UPS 集中供电、热备冗余和蓄电池监控后，可采集到系统的关键数据。根据这些数据，对整个厂的UPS 系统进行智能化、数字化升级，将数据上传到云数据服务中心，进行集中的智能监控、预警，整个工业UPS 系统形成了一个完整的运行维护系统。数据中心支持远程数据查询，支持智能手机公众号数据查询，这样，维护工程师24 h 都可以查询到设备的运行状态，大大降低了系统风险，增强了系统的稳定性。

3 UPS 智能数字监控系统的功能

UPS 智能数字监控系统由云数据中心、计算机、智能手机和现场监测单元组成，如图3 所示。现场监测单元负责将数据传送到云数据中心，通过对云数据进行读取和分析，形成数据报表和历史曲线，并推送到HMI 端显示数据及报警信息，HMI 包括智能手机、计算机等。

图3 系统组成结构示意图

1）系统在线监测UPS 主机的全部运行状态参数，通过智能手机公众号随时查询数据。根据在线监测的UPS 主机运行状态参数，可以提供预警信息，避免发生生产安全事故。

2）通过集中监控，可以及时掌握蓄电池情况。系统能够对UPS 蓄电池的内阻、电压、电流和温度等参数进行检测，并形象化显示，超过设置阈值后能够自动报警。

3）可实现网络连接、自动化管理，实现数据的实时监控和异常自动报警，确保UPS 设备的可靠稳定运行。

4）可以积累UPS 电源电池的运行时间和运行状态，自动统计历史数据并生成相关报表。根据数据分析可以判断系统的运行状态是否稳定、健康，进行历史数据查询，形成历史曲线。

5）支持云数据、智能手机微信公众号数据查询，降低了维修点检人员的工作强度。

6）可通过Web 页面全方位查询整个电源系统和蓄电池的运行情况、主要参数的统计数据以及警报事件等。

4 现场使用效果

新天钢联合特钢有限公司烧结厂对自动化控制系统和计算机系统进行不间断电源（UPS）集中供电管理改造，节约了5 000 m 电线、电缆，各个分散点共节约了486 块电池、220 个电气开关和34 个配电箱、电池柜。

采用双机热备后，不在现场分散设置主机，节约了设备采购成本，在减少故障点、降低故障率的同时，也大大减少了人力维护成本。

蓄电池和UPS 是一个整体系统，对蓄电池数据进行集中监控管理，随时掌握关键参数，实时查看蓄电池剩余容量，并根据检测数据对电池进行保养维护，提高了电池的使用寿命，节约了电池的采购成本。

通过对整体不间断电源（UPS）系统进行智能化、数字化升级，形成了一个完整的监控系统，有利于集中管理、集中调度，方便技术人员进行维修维护，可大大提高工作效率，提升整个电力能源系统的稳定性和抗风险能力，确保电力稳定供应。