1．系统设备的需求分析钢铁企业根据工作的特点，可将其使用的负载设备分成通讯控制设备和动力设备。1.1通讯控制设备通讯控制设备应于在企业中的各个自动化生产环节，包括过程控制与监控、自动化设备、测量仪器仪表、各种传感器、执行元件和机构、以及其它计算机辅助系统设备等，比较典型的有PLC（可编程控制器）、DCS（分散控制系统）和工业控制计算机等装置。通讯控制设备的特点体现为数量多、分布广、应用环境复杂多样，它们能否工作正常，有赖于电源供给的质量，自动化程度越高的应用场合，对电源质量的依赖越明显。例如PLC等装置，通常要求供电电源为50Hz、220V±10，可以承受的中断时间小于10ms，由于设置的数据需要初始化，一旦运行则不能停止工作。实际应用中，PLC却很容易受到电源质量的影响，象电磁干扰、零地电压高、电压过高或过低、电源中断等问题，都会造成PLC工作不正常，并最终导致PLC所控制的设备出错，影响生产进程。而在工业应用环境，电源质量问题是频繁发生的，因此，生产自动化的通讯控制设备应采用具有稳频稳压功能的在线式UPS提供电源保护，对UPS供电可靠性需特别关注。对于机房里使用的计算机、服务器及网络设备，同样面临着各类电源质量问题，并可能发生数据丢失、误码、硬件损坏等情况，同样要求采用在线式UPS提供可靠电源保护。1.2动力设备钢铁生产流程的动力设备以电机负载为主，从功能上大体可以分成两类：A、生产机械的动力驱动，例如轧钢机传动，恒转矩负载，工艺要求调速传动的，大多数采用直流传动或交流调速传动。采用直流传动的，需要配置直流驱动器；采用交流调速传动的，则需配置变频器。不管是采用直流或者交流传动，这些设备都会面临电源故障的问题（断电、电压波动），并由此发生产品缺陷、生产设备受损甚至是生产事故，因此需要配置UPS电源保护。B、钢铁生产流程中大量采用的供/排水泵、鼓风机和除尘风机。风机的数量多，一些风机的容量比较大，一般为中压电机（3-10KVac），常规设计为不停机运行，采用MW级供电电源；风机的励磁系统需要单独供电，由UPS提供电源保障。2.关于电源系统可靠性的考虑[此节可根据需要裁减>构建可靠的不间断电源系统，不仅需要选用高可靠的UPS电源产品，还需要综合考虑电源配置方案、工程安装与调试、维护与保养等多种因素，确保系统设备的长期可靠运营。UPS作为重要的生产和控制设备的电源保护中心，要求其具备较高的可靠性、可用性和可管理性。选择UPS主要考虑如下因素：a)UPS的硬件系统应是可靠的；1）选用工艺成熟性能稳定的机型。2）UPS应选用优质的元器件，特别是关键的部件如功率器件、大电解电容、接触器等，逆变功率器件应采用IGBT。b)UPS应具有较强的环境适应能力；由于工业电网环境相对复杂，UPS应能较好适应：1）UPS应有较宽的输入电压和频率范围。范围小的UPS会频繁转由电池供电，减少电池的后备时间，而且长期放电对电池寿命明显不利。2）UPS应有带油机功能，即UPS在市电长期停电时应能由油机供电。油机供电的显著特点是电压频率和波动较厉害，如UPS不能适应则可能导致整流器工作不正常甚至损坏。3）UPS的EMC电磁兼容性要好，免受市电或负载的干扰。4）由于使用环境的温度、湿度和洁净度可能比较差，要求UPS具备较强的环境适应能力。c)选用过载能力强，保护功能完善的UPS；UPS应能带各种负载，过载能力强，而且保护功能完善。常用的保护功能有：输出短路保护、过载保护、过温保护、电池欠压保护、输入过压保护和输出过压保护等。d)选用带输出隔离变压器的UPS；UPS带输出隔离变压器大大提高抗负载冲击能力，而且可以消除来自电网的干扰和尖峰危害。输出隔离的结构，使得UPS输出保持较低零地电压，避免高频化结构零线高频电流产生的零地电压问题，这对于PLC等设备尤为重要。e)UPS应配用优质电池在市电停电后，UPS靠电池提供后备能量。如果这时电池故障，则供电中断，系统宕机。大功率UPS一般是数十只电池串联使用，单只电池损坏即有可能造成整组电池不可用。电池有一定的使用寿命，寿命终止的电池，不管性能是否还保持良好，都建议全部更换。f)UPS的双机或多机热备份系统UPS作为电子设备，毕竟存在失效的可能，如果UPS发生故障，将转由旁路供电，其负载将失去保护。对于关键的系统或部门，依靠单台UPS保护还不够，一般会采用二台（或多台）UPS构成串联或并联热备份系统，提高系统供电可靠性。对于重要的负载，还可以考虑在负载侧采用一主一从冗余备份供电的方式，解决单一路径下电缆和空开的单点故障问题，进一完提高可靠性。g)UPS应具备较强的充电能力和电池管理能力大功率UPS为了保证后备时间，使用的电池容量较高，因此UPS应根据电池的物理化学特性和环境条件配置适宜的充电回路，并具有足够的电池再充电能力，保证在较短的时间内对电池回充。当然UPS的充电器同样需要较强的电网适应能力。充电器的充电方式直接影响电池的使用寿命。UPS应能提供均充和浮充等自动转换模式。另外，大功率的UPS，还应能提供定期的电池测试和放电功能，方便用户的维护和管理。h)UPS应具备智能化和网络化管理功能大功率UPS一般和机房计算机设备分开放置，而且无人值守，因此如何让设备管理员及时了解其运行状态特别重要。常见的UPS监控有四种：1）通过RS232和电源管理软件监控。在管理员的计算机上运行软件，对UPS监控，但因为RS232的有效距离只有12米，应用受到一定限制；2）通过RS485和远程监控面板。远程监控面板的作用相当于把UPS的显示面板搬到设备管理员面前，由于操作便捷，实用性强。3）SNMP管理。这种方式一般是UPS配套SNMP适配器，管理员通过网络管理软件对UPS监控管理。4）WAP管理。这种方式是UPS配套短信息告警器。当UPS出现异常状态时，可将相关信息按短信息的形式，发给预设定的手机号码，提醒相关人员。3.钢铁生产流程的UPS应用方案案例3.1炼钢区UPS应用a)PLC自动控制系统铁水脱硫处理、连铸、RH浊环水等环节都采用PLC自动控制系统,实现各个工艺环节的自动控制。为了保证系统的可靠运行，必须配置UPS以提供纯净的不间断电源，推荐容量在3～60KVA。图1炼钢连铸机b)转炉自动化系统转炉的加料、吹氧、出碴、除尘、水循环等各个环节都由PLC系统控制，电网的波动和中断会影响炼钢的质量。为了保证系统的可靠运行，必须配置UPS以提供纯净的不间断电源，推荐容量为10～30KVA。c)转炉倾动及氧枪在生产过程中，转炉需要保持在一定的倾动速度范围内。市电掉电会使倾动电机停转，无法完成转炉兑铁水、出钢、加料、修炉等一系列工艺操作。当主供电回路停电时，炼钢转炉中的氧枪需迅速提升，钢水外流，避免钢水固化，造成转炉报废。因此，倾动电机及提枪电机必须配置UPS，以保证停电时正常工作。图2炼钢转炉图3炼钢转炉倾动装置由于倾动电机和提枪电机等设备，均属于电机类负载，其启动电流通常会达到额定电流的7~11倍，并维持数百个周波（每个周波20ms），对UPS的冲击比较厉害，UPS较易发生过流保护。所以要用UPS直接带电机，UPS的额定功率应是电机额定功率的5倍以上。对于70KW的电机，应配置70KW×5=350KW，考虑UPS的输出功率因数为0.8，则应配置UPS的功率为225KW÷08≈440KVA。如果在电机之前增配变频器，利用变频器控制电机的启动，将启动电流限制在较小程度（1～1.25倍额定电流），这样可以减小UPS的配比。UPS带变频器、变频器带电机的模式，则推荐容量比例UPS：变频机：电机=1.5：1.25：1。对于70KW的电机，可配置70×1.25=87.5KW的变频器，配置70×1.5÷08=131KVA的UPS。图4UPS与变频器的组合应用上图中，UPS输入采用ATS自动转换开关，由2路市电供电。正常情况下ATS自动转换开关投掷到市电1的位置，市电1作为主输入电源，市电2作为备用输入电源。如果市电1中断，ATS自动转换开关将自动切换至市电2供电（切换时间与ATS有关，一般为秒级）；当市电1恢复供电后，ATS自动切换由市电1供电。只有在市电1和市电2都断电的情况下UPS才由电池供电。由此，ATS双电源输入供电系统可以减少UPS电池系统的放电次数与放电时间，大大提供了系统的可靠性。表格1炼钢区UPS应用序号区域流程UPS型号功率后备时间供电制式1炼钢连铸PLCFR-UK336060KVA30分钟三进三出，单机2连铸单体设备FR-UK311515KVA30分钟三进单出，单机3连铸旋流井FR-UK50L5KVA30分钟三进单出，单机4脱硫FR-UK111010KVA30分钟单进单出，单机5转炉自动化系统FR-UK333030KVA30分钟三进三出，并联6转炉倾动、氧枪FR-UK33160160KVA30分钟三进三出，并联，配置100KW变频器3.2高炉区UPS应用a)PLC自动控制系统高炉区的槽上、槽下、渣处理、高炉本体、炉顶、热风炉及主控楼主要设备为PLC，必须配置UPS供电系统以提供纯净、不间断的电源，才能确保各生产环节控制系统的可靠运行。容量在3KVA至60KVA之间。b)煤粉喷吹、出铁场设备煤粉喷吹的主要设备是电机和变频器，使煤粉在风口小套通风道内进行旋风燃烧，以提高煤粉燃烧率，市电中断后，电机停转，无法运送煤粉，影响燃烧质量和效果。出铁场的设备是电机和变频器，市电中断后，电机停车，会影响到整个出铁的流程。所以煤粉喷吹、出铁场设备必须用UPS保证停电后整个生产流程正常运转。图5高炉出铁表格2高炉区UPS应用序号区域流程UPS型号功率后备时间供电制式1高炉槽上FR-UK311010KVA30分钟三进单出，单机2槽下FR-UK311515KVA30分钟三进单出，单机3渣处理FR-UK311010KVA30分钟三进单出，单机4煤粉喷吹FR-UK312020KVA30分钟三进单出，单机5出铁场FR-UK333030KVA30分钟三进三出，单机6高炉炉顶热风炉FR-UK336060KVA30分钟三进三出，单机3．轧钢区UPS应用a)加热炉轧钢加热炉是通过在线的参数测量传递至操作站，实施过程控制，采用PLC系统对炉压和燃烧进行控制。电网的中断或干扰，会引起参数测量的偏离和控制系统的失效，对设备造成损坏或影响燃烧质量和效果。因此，加热炉设备必须配置UPS，以提供稳定的不间断的电力保障，容量从20KVA到60KVA。图6轧钢加热炉b)轧机轧机是用来得到特定规格的型钢，其产品都有严格的精度要求。若电源异常会造成型钢产品缺陷，及型钢扎制事故。需要有UPS进行保护，容量在40KVA到100KVA之间。图7轧机表格3轧钢区UPS应用序号区域流程UPS型号功率后备时间供电制式1轧钢加热炉FR-UK312020KVA30分钟三进单出，单机2FR-UK336060KVA30分钟三进三出，单机3轧机FR-UK334040KVA30分钟三进三出，单机4FR-UK335050KVA30分钟三进三出，单机5FR-UK338080KVA30分钟三进三出，单机4．信息中心UPS应用随着钢铁行业信息化技术的不断发展进步，钢铁企业将信息网络技术、计算机、Internet以及电子商务运用到钢铁企业的产品研发、技术改造、质量控制、供应链等作各个过程，从而实现信息化，促进提高企业运作效率、降低成本、进一步提升企业竞争力。钢铁企业信息化，包括三个层次：网络平台、业务平台和企业应用系统，而业务平台和企业应用系统都是构建在网络平台之上，所以网络建设是重中之重。建设一个安全可靠的基础电力保障设施，是网络建设必要的基础工程。所以在钢铁企业，UPS系统对构建不间断安全供电平台的重要性日益突显。对钢铁企业信息中心，推荐采用UPS的双回路冗余供电系统，具有高度容错的能力，可以杜绝单点故障隐患。图8UPS双回路冗余供电系统UPS双回路冗余供电系统，采用2台三进三出大功率UPS组成1 1并联冗余系统输出，作为负载设备的主电源输入，1路市电（也可以是另一路UPS）作为负载设备的备用电源输入。如方案图示，对于双电源负载设备，可以直接接入二路输入，分别来自UPS并机系统和市电回路，提高供电保障；对于单电源负载设备，在其前端配置KTS冗余开关，利用冗余开关的冗余配电功能提高供电可靠性——冗余开关具有二个输入端子，一个输出端子，只要保证有一路输入，输出就不会中断。此种应用，当主回路供电系统供电中断时，负载设备切换至由备用电源回路供电；从而大大提高了负载设备的供电可靠性，全面保护整个信息中心的的各种硬件设备、运行程序和数据及数据的传输。表格4　信息中心UPS应用序号区域UPS型号和数量功率后备时间供电制式1信息中心FR-UK33160*2160KVA1小时三进三出，并联2KTS-32*103KVA/单进单出冗余开关