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1．系統設備的需求分析
    鋼鐵企業根據工作的特點，可將其使用的負載設備分成通訊控制設備和動力設備。

1.1   通訊控制設備
    通訊控制設備應于在企業中的各個自動化生產環節，包括過程控制與監控、自動化設備、測量儀器儀表、各種傳感器、執行元件和機構、以及其它計算機輔助系統設備等，比較典型的有PLC（可編程控制器）、DCS（分散控制系統）和工業控制計算機等裝置。通訊控制設備的特點體現為數量多、分布廣、應用環境復雜多樣，它們能否工作正常，有賴于電源供給的質量，自動化程度越高的應用場合，對電源質量的依賴越明顯。
    例如PLC等裝置，通常要求供電電源為50Hz、220V±10%，可以承受的中斷時間小于10ms，由于設置的數據需要初始化，一旦運行則不能停止工作。實際應用中，PLC卻很容易受到電源質量的影響，象電磁干擾、零地電壓高、電壓過高或過低、電源中斷等問題，都會造成PLC工作不正常，并最終導致PLC所控制的設備出錯，影響生產進程。而在工業應用環境，電源質量問題是頻繁發生的，因此，生產自動化的通訊控制設備應采用具有穩頻穩壓功能的在線式UPS提供電源保護，對UPS供電可靠性需特別關注。
    對于機房里使用的計算機、服務器及網絡設備，同樣面臨著各類電源質量問題，并可能發生數據丟失、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。

1.2   動力設備
    鋼鐵生產流程的動力設備以電機負載為主，從功能上大體可以分成兩類：
    A、 生產機械的動力驅動，例如軋鋼機傳動，恒轉矩負載，工藝要求調速傳動的，大多數采用直流傳動或交流調速傳動。采用直流傳動的，需要配置直流驅動器；采用交流調速傳動的，則需配置變頻器。不管是采用直流或者交流傳動，這些設備都會面臨電源故障的問題（斷電、電壓波動），并由此發生產品缺陷、生產設備受損甚至是生產事故，因此需要配置UPS電源保護。
    B、 鋼鐵生產流程中大量采用的供/排水泵、鼓風機和除塵風機。風機的數量多，一些風機的容量比較大，一般為中壓電機（3-10KVac），常規設計為不停機運行，采用MW級供電電源；風機的勵磁系統需要單獨供電，由UPS提供電源保障。

2.關于電源系統可靠性的考慮[此節可根據需要裁減>
    構建可靠的不間斷電源系統，不僅需要選用高可靠的UPS電源產品，還需要綜合考慮電源配置方案、工程安裝與調試、維護與保養等多種因素，確保系統設備的長期可靠運營。
    UPS作為重要的生產和控制設備的電源保護中心，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的硬件系統應是可靠的；
 1）選用工藝成熟性能穩定的機型。
 2）UPS應選用優質的元器件，特別是關鍵的部件如功率器件、大電解電容、接觸器等，逆變功率器件應采用IGBT。
 b)UPS應具有較強的環境適應能力；
 由于工業電網環境相對復雜，UPS應能較好適應：
 1）  UPS應有較寬的輸入電壓和頻率范圍。范圍小的UPS會頻繁轉由電池供電，減少電池的后備時間，而且長期放電對電池壽命明顯不利。
 2）  UPS應有帶油機功能，即UPS在市電長期停電時應能由油機供電。油機供電的顯著特點是電壓頻率和波動較厲害，如UPS不能適應則可能導致整流器工作不正常甚至損壞。
 3）  UPS的EMC電磁兼容性要好，免受市電或負載的干擾。
 4）  由于使用環境的溫度、濕度和潔凈度可能比較差，要求UPS具備較強的環境適應能力。
 c) 選用過載能力強，保護功能完善的UPS；
  UPS應能帶各種負載，過載能力強，而且保護功能完善。常用的保護功能有：輸出短路保護、過載保護、過溫保護、電池欠壓保護、輸入過壓保護和輸出過壓保護等。
 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載沖擊能力，而且可以消除來自電網的干擾和尖峰危害。輸出隔離的結構，使得UPS輸出保持較低零地電壓，避免高頻化結構零線高頻電流產生的零地電壓問題，這對于PLC等設備尤為重要。
 e) UPS應配用優質電池
  在市電停電后，UPS靠電池提供后備能量。如果這時電池故障，則供電中斷，系統宕機。大功率UPS一般是數十只電池串聯使用，單只電池損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的雙機或多機熱備份系統
  UPS作為電子設備，畢竟存在失效的可能，如果UPS發生故障，將轉由旁路供電，其負載將失去保護。對于關鍵的系統或部門，依靠單臺UPS保護還不夠，一般會采用二臺（或多臺）UPS構成串聯或并聯熱備份系統，提高系統供電可靠性。
  對于重要的負載，還可以考慮在負載側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故障問題，進一完提高可靠性。
 g) UPS應具備較強的充電能力和電池管理能力
  大功率UPS為了保證后備時間，使用的電池容量較高，因此UPS 應根據電池的物理化學特性和環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，保證在較短的時間內對電池回充。當然UPS的充電器同樣需要較強的電網適應能力。
  充電器的充電方式直接影響電池的使用壽命。UPS應能提供均充和浮充等自動轉換模式。另外，大功率的UPS，還應能提供定期的電池測試和放電功能，方便用戶的維護和管理。
 h) UPS應具備智能化和網絡化管理功能
  大功率UPS一般和機房計算機設備分開放置，而且無人值守，因此如何讓設備管理員及時了解其運行狀態特別重要。
 常見的UPS監控有四種：
 1）  通過RS232和電源管理軟件監控。在管理員的計算機上運行軟件，對UPS監控，但因為RS232的有效距離只有12米，應用受到一定限制；
 2）  通過RS485和遠程監控面板。遠程監控面板的作用相當于把UPS的顯示面板搬到設備管理員面前，由于操作便捷，實用性強。
 3）  SNMP管理。這種方式一般是UPS配套SNMP適配器，管理員通過網絡管理軟件對UPS監控管理。
 4）  WAP管理。這種方式是UPS配套短信息告警器。當UPS出現異常狀態時，可將相關信息按短信息的形式，發給預設定的手機號碼，提醒相關人員。

3.鋼鐵生產流程的UPS應用方案案例
 3.1 煉鋼區UPS應用
 a) PLC自動控制系統
  鐵水脫硫處理、連鑄、RH濁環水等環節都采用PLC自動控制系統,實現各個工藝環節的自動控制。為了保證系統的可靠運行，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

 b) 轉爐自動化系統
  轉爐的加料、吹氧、出碴、除塵、水循環等各個環節都由PLC系統控制，電網的波動和中斷會影響煉鋼的質量。為了保證系統的可靠運行，必須配置UPS以提供純凈的不間斷電源，推薦容量為10～30KVA。
 c) 轉爐傾動及氧槍
  在生產過程中，轉爐需要保持在一定的傾動速度范圍內。市電掉電會使傾動電機停轉，無法完成轉爐兌鐵水、出鋼、加料、修爐等一系列工藝操作。當主供電回路停電時，煉鋼轉爐中的氧槍需迅速提升，鋼水外流，避免鋼水固化，造成轉爐報廢。因此，傾動電機及提槍電機必須配置UPS，以保證停電時正常工作。

 圖 2煉鋼轉爐

 圖 3煉鋼轉爐傾動裝置

  由于傾動電機和提槍電機等設備，均屬于電機類負載，其啟動電流通常會達到額定電流的7~11倍，并維持數百個周波（每個周波20ms），對UPS的沖擊比較厲害，UPS較易發生過流保護。所以要用UPS直接帶電機，UPS的額定功率應是電機額定功率的5倍以上。對于70KW的電機，應配置70KW×5=350KW，考慮UPS的輸出功率因數為0.8，則應配置UPS的功率為225KW÷08≈440KVA。
  如果在電機之前增配變頻器，利用變頻器控制電機的啟動，將啟動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、變頻器帶電機的模式，則推薦容量比例UPS：變頻機：電機=1.5：1.25：1。對于70KW的電機，可配置70×1.25=87.5KW的變頻器，配置70×1.5÷08=131KVA的UPS。

 圖 4 UPS與變頻器的組合應用

  上圖中，UPS輸入采用ATS自動轉換開關，由2路市電供電。正常情況下ATS自動轉換開關投擲到市電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自動轉換開關將自動切換至市電2供電（切換時間與ATS有關，一般為秒級）；當市電1恢復供電后，ATS自動切換由市電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可以減少UPS電池系統的放電次數與放電時間，大大提供了系統的可靠性。

表格 1 煉鋼區UPS應用

序號區域流程UPS型號功率后備時間供電制式
1煉鋼連鑄PLCFR-UK336060KVA30分鐘三進三出，單機
2連鑄單體設備FR-UK311515KVA30分鐘三進單出，單機
3連鑄旋流井FR-UK50L5KVA30分鐘三進單出，單機
4脫硫FR-UK111010KVA30分鐘單進單出，單機
5轉爐自動化系統FR-UK333030KVA30分鐘三進三出，并聯
6轉爐傾動、氧槍FR-UK33160160KVA30分鐘三進三出，并聯，配置100KW變頻器 

  
3.2    高爐區UPS應用
 a)    PLC自動控制系統
    高爐區的槽上、槽下、渣處理、高爐本體、爐頂、熱風爐及主控樓主要設備為PLC，必須配置UPS供電系統以提供純凈、不間斷的電源，才能確保各生產環節控制系統的可靠運行。容量在3KVA至60KVA之間。
 b)    煤粉噴吹、出鐵場設備
 煤粉噴吹的主要設備是電機和變頻器，使煤粉在風口小套通風道內進行旋風燃燒，以提高煤粉燃燒率，市電中斷后，電機停轉，無法運送煤粉，影響燃燒質量和效果。出鐵場的設備是電機和變頻器，市電中斷后，電機停車，會影響到整個出鐵的流程。所以煤粉噴吹、出鐵場設備必須用UPS保證停電后整個生產流程正常運轉。

圖5 高爐出鐵

表格 2 高爐區UPS應用

序號區域流程UPS型號功率后備時間供電制式
1高爐槽上FR-UK311010KVA30分鐘三進單出，單機
2槽下FR-UK311515KVA30分鐘三進單出，單機
3渣處理FR-UK311010KVA30分鐘三進單出，單機
4煤粉噴吹FR-UK312020KVA30分鐘三進單出，單機
5出鐵場FR-UK333030KVA30分鐘三進三出，單機
6高爐爐頂熱風爐FR-UK336060KVA30分鐘三進三出，單機 

 
3 軋鋼區UPS應用
 a)    加熱爐
  軋鋼加熱爐是通過在線的參數測量傳遞至操作站，實施過程控制，采用PLC系統對爐壓和燃燒進行控制。電網的中斷或干擾，會引起參數測量的偏離和控制系統的失效，對設備造成損壞或影響燃燒質量和效果。因此，加熱爐設備必須配置UPS，以提供穩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
軋機是用來得到特定規格的型鋼，其產品都有嚴格的精度要求。若電源異常會造成型鋼產品缺陷，及型鋼扎制事故。需要有UPS進行保護，容量在40KVA到100KVA之間。

圖 7 軋機

表格 3 軋鋼區UPS應用

序號區域流程UPS型號功率后備時間供電制式
1軋鋼加熱爐FR-UK312020KVA30分鐘三進單出，單機
2FR-UK336060KVA30分鐘三進三出，單機
3軋機FR-UK334040KVA30分鐘三進三出，單機
4FR-UK335050KVA30分鐘三進三出，單機
5FR-UK338080KVA30分鐘三進三出，單機


4．信息中心UPS應用

  隨著鋼鐵行業信息化技術的不斷發展進步，鋼鐵企業將信息網絡技術、計算機、Internet以及電子商務運用到鋼鐵企業的產品研發、技術改造、質量控制、供應鏈等作各個過程，從而實現信息化，促進提高企業運作效率、降低成本、進一步提升企業競爭力。
  鋼鐵企業信息化，包括三個層次：網絡平臺、業務平臺和企業應用系統，而業務平臺和企業應用系統都是構建在網絡平臺之上，所以網絡建設是重中之重。建設一個安全可靠的基礎電力保障設施，是網絡建設必要的基礎工程。所以在鋼鐵企業，UPS系統對構建不間斷安全供電平臺的重要性日益突顯。

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

圖8 UPS雙回路冗余供電系統

  UPS雙回路冗余供電系統，采用2臺三進三出大功率UPS組成1+1并聯冗余系統輸出，作為負載設備的主電源輸入，1路市電（也可以是另一路UPS）作為負載設備的備用電源輸入。如方案圖示，對于雙電源負載設備，可以直接接入二路輸入，分別來自UPS并機系統和市電回路，提高供電保障；對于單電源負載設備，在其前端配置KTS冗余開關，利用冗余開關的冗余配電功能提高供電可靠性——冗余開關具有二個輸入端子，一個輸出端子，只要保證有一路輸入，輸出就不會中斷。此種應用，當主回路供電系統供電中斷時，負載設備切換至由備用電源回路供電；從而大大提高了負載設備的供電可靠性，全面保護整個信息中心的的各種硬件設備、運行程序和數據及數據的傳輸。

表格4　信息中心UPS應用

序號區域UPS型號和數量功率后備時間供電制式
1信息中心FR-UK33160 * 2160KVA1小時三進三出，并聯
2KTS-32 * 103KVA/單進單出冗余開關