摘 要：隨著時代的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對連續(xù)供電的要求已越來越高，如要求供電電源采用兩路甚至兩路以上。因此，需要一種能在雙電源之間進(jìn)行息動切換的裝置，以保證某路正在使用的電源在出現(xiàn)故障時能自動切換到另外的正常電源上，保證供電不間斷，當(dāng)常用電路恢復(fù)正常時，PLC與UPS組合構(gòu)成雙電源切換系統(tǒng)，使假捻機(jī)在正常生產(chǎn)情況下實現(xiàn)雙電源切換。本文根據(jù)假捻機(jī)臺數(shù)多規(guī)格相同的特點，用PLC與一臺小容量UPS,對多臺假捻機(jī)逐臺進(jìn)行雙電源切換，完成整個用電系統(tǒng)切換。該系統(tǒng)實現(xiàn)了小容量UPS對大用電系統(tǒng)的雙電源切換。

　　一 引言

　　假捻機(jī)是化纖行業(yè)生產(chǎn)滌綸低彈絲的主要設(shè)備，每臺設(shè)備由240個錠位組成，該設(shè)備自動化程度高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，具有連續(xù)生產(chǎn)、單批產(chǎn)品生產(chǎn)周期長，開停機(jī)復(fù)雜及開停機(jī)損耗大等特點。近年來，我國部分地區(qū)在用電高峰季節(jié)電力短缺，出現(xiàn)拉閘限電現(xiàn)象，自備發(fā)電機(jī)的企業(yè)在電源切換過程中需要停機(jī)才能進(jìn)行備用電源切換。要安裝一套大型 UPS不間斷電源，投資將達(dá)上百萬元，且要求配套發(fā)電機(jī)功率是系統(tǒng)負(fù)載的2 倍，自備發(fā)電機(jī)的企業(yè)都采用了停機(jī)切換備用電源方法，無論停電多長時間，每次發(fā)電時間不能少于生產(chǎn)一批產(chǎn)品的時間，一天停限電兩次以上時，只能連續(xù)發(fā)電，這種方法不能靈活切換備用電源，給企業(yè)造成不必要的損失。本系統(tǒng)是根據(jù)企業(yè)的裝機(jī)容量大、設(shè)備型號相同、數(shù)量多、有計劃停限電的特點，利用現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組設(shè)計出一套在不停機(jī)的情況下，進(jìn)行逐臺假捻機(jī)雙電源切換的控制系統(tǒng)。

　　二 假捻機(jī)和廠區(qū)供電系統(tǒng)分析

　　全廠共有型號相同RPR假捻機(jī)4臺，單機(jī)裝機(jī)功率為120kw,由三部分用電系統(tǒng)組成：1、傳動系統(tǒng)60kw（由變頻器控制）；2、電加熱系統(tǒng)55kw;3、輔助系統(tǒng)5kw（風(fēng)機(jī)）。經(jīng)分析，生產(chǎn)時不能瞬間斷電的只有傳動系統(tǒng)，電加熱和風(fēng)機(jī)都可以在短時間內(nèi)停電1-2分鐘，電源切換只需用幾秒鐘時間，在電源切換過程中只要傳動系統(tǒng)不斷電，就能在正常生產(chǎn)情況下進(jìn)行雙電源切換。

　　廠區(qū)供電系統(tǒng)是由一臺630kw變壓器和一臺800kw備用發(fā)電機(jī)組組成，變壓器和發(fā)電機(jī)的切換方式是通過一個雙頭刀閘進(jìn)行切換的，要在正常生產(chǎn)情況下對四臺假捻機(jī)同時進(jìn)行電源切換，需要一臺480kw 或四臺120kw 的UPS不間斷電源；發(fā)電機(jī)在空載時，能同時加載負(fù)載是發(fā)電機(jī)功率的50%,需要配備發(fā)電機(jī)的功率為1200kw,現(xiàn)有發(fā)電機(jī)滿足不了要求，只能采取逐臺切換方法。

　　三 設(shè)計方案

　　3.1 UPS的特性及選擇

　　UPS（ Uninterruptible Power System ），即不間斷電源，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給單臺計算機(jī)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備提供不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時的 UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（ 事故停電 ）時， UPS 立即將機(jī)內(nèi)電池的電能，通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。

　　本系統(tǒng)設(shè)計利用美國山特公司3C3 UPS的特性，該UPS有一個內(nèi)部電子旁路檢修開關(guān)，UPS在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，電源是通過UPS內(nèi)部電子旁路直接輸出供電。UPS加入供電系統(tǒng)時， UPS必須在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，接通UPS輸入輸出端開關(guān)，UPS與外部旁路開關(guān)形成并聯(lián)接通，然后斷開外部旁路開關(guān)，再將UPS開機(jī)。UPS退出供電系統(tǒng)時，必須先將UPS關(guān)機(jī)，接通外部旁路開關(guān)，斷開UPS輸入輸出端開關(guān)， UPS退出供電系統(tǒng)。這樣就很容易做到將UPS加入和退出供電系統(tǒng)中。

　　圖1

　　UPS作為保護(hù)性的電源設(shè)備，它的性能參數(shù)具有重要意義，應(yīng)是我們選購時的考慮重點。市電電壓輸入范圍寬，則表明對市電的利用能力強(qiáng)（減少電池放電）。輸出電壓、頻率范圍小，則表明對市電調(diào)整能力強(qiáng)，輸出穩(wěn)定。波形畸變率用以衡量輸出電壓波形的穩(wěn)定性，而電壓穩(wěn)定度則說明當(dāng)UPS突然由零負(fù)載加到滿負(fù)載時，輸出電壓的穩(wěn)定性。

　　還有UPS效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)換時間等都是表征UPS性能的重要參數(shù)，決定了對負(fù)載的保護(hù)能力和對市電的利用率。性能越好，保護(hù)能力也越強(qiáng)，總的來說，后備式UPS對負(fù)載的保護(hù)差，在線互動式略優(yōu)之，在線式則幾乎可以解決所有的常見電力問題。當(dāng)然成本也隨著性能的增強(qiáng)而上升。因此用戶在選購UPS時，應(yīng)根據(jù)負(fù)載對電力的要求程度及負(fù)載的重要性不同，而選取不同類型的UPS.

　　3.2 設(shè)計思路

　　本系統(tǒng)主要是利用現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組在不停機(jī)的情況下進(jìn)行雙電源切換。原來電源切換是在主供電回路上通過一個雙頭刀閘切換，現(xiàn)在將用電系統(tǒng)分割成四個單元，在每個分路上各安裝一個雙頭刀閘，分別對假捻機(jī)進(jìn)行逐臺切換。雙頭刀閘切換是人工操作，刀閘在轉(zhuǎn)換過程中會出現(xiàn)瞬間斷電現(xiàn)象，這樣就會造成假捻機(jī)停機(jī)，這是電源切換不能連續(xù)生產(chǎn)的原因，解決這個問題是本方案設(shè)計關(guān)鍵。切換完成后將UPS退出供電系統(tǒng)，再將電加熱和風(fēng)機(jī)開啟，這樣就完成了一臺假捻機(jī)的切換。再進(jìn)行下一臺的切換，以此循環(huán)便可完成全部假捻機(jī)的切換（圖2）。

　　圖2

　　3.3控制流程

　　用一臺UPS輪流切換，安全地將UPS加入和退出供電電路中，保證發(fā)電機(jī)組和變壓器不會出并網(wǎng)現(xiàn)象，這是控制方案中安全切換的關(guān)鍵。在控制回路中選用了PLC作為控制單元，我們選用了日本歐姆龍公司的CPM1A-30CDR-A可編程控制器，該產(chǎn)品抗干擾能力強(qiáng)；適合工業(yè)現(xiàn)場工作環(huán)境；故障率低；編程簡單；擴(kuò)展功能強(qiáng)，本身具有18路輸入和12路輸出，可擴(kuò)展到90點。

　　電源切換控制過程中（圖3），首先PLC判斷備用電源是否供到現(xiàn)場，備用電源沒有供到現(xiàn)場不能切換。由于采用循環(huán)切換方法，若兩臺假捻機(jī)同時切換，供電電源不是一個電源時，兩臺假捻機(jī)供電電源與UPS連接的接觸器同時閉合，兩個不同電源短路相連，發(fā)電機(jī)和變壓器出現(xiàn)并網(wǎng)（圖2）。PLC檢測是否有其它假捻機(jī)在切換，沒有其它機(jī)臺切換時，UPS輸入輸出端的接觸器閉合，UPS與該機(jī)臺的輸入總電源接觸器形成并聯(lián)（以下稱外部旁路開關(guān)）。

　　圖3

　　UPS的功率小于假捻機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，在外部旁路開關(guān)斷開前，必須將電加熱和風(fēng)機(jī)電源斷開，降低負(fù)荷，保證UPS的安全運(yùn)行。否則系統(tǒng)負(fù)荷大于UPS功率的2倍，UPS自動斷電自我保護(hù)，造成切換中的假捻機(jī)斷電停機(jī)，切換失敗。電加熱和風(fēng)機(jī)電源斷開后，斷開外部旁路開關(guān)，UPS已加入到供電系統(tǒng)中，開啟UPS.為了延長雙頭刀閘的使用壽命，使刀閘在不帶負(fù)荷的情況下進(jìn)行切換，雙頭刀閘切換前，將UPS的輸入端電源斷開， 此時切換中的假捻機(jī)已經(jīng)與外部供電系統(tǒng)全部斷開，假捻機(jī)傳動系統(tǒng)由UPS電池組為其提供動力電源，維持假捻傳動系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時雙頭刀閘已經(jīng)空載，便可在無負(fù)荷的情況下順利切換關(guān)機(jī)后再接通外部旁路開關(guān)、電加熱和風(fēng)機(jī)電源，將UPS的輸入輸出端接觸器斷開，UPS退出切換系統(tǒng)，這樣一臺假捻機(jī)的雙電源切換已完成，再進(jìn)行下一臺假捻機(jī)的切換。

　　四 應(yīng)用效果

　　該切換控制系統(tǒng)應(yīng)用于浙江省海寧市浩遠(yuǎn)化纖有限公司，該公司擁有四臺意大利產(chǎn)RPR假捻機(jī)，使用該系統(tǒng)前平均每月發(fā)電總時間180~200小時，使用該系統(tǒng)后，可隨時在不停機(jī)的情況下進(jìn)行雙電源切換，停限電多長時間，就發(fā)電多長時間，企業(yè)再沒有因限停電而停產(chǎn)和增加無謂發(fā)電時間，縮短了發(fā)電時間，真正實現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，每月發(fā)電總時間不超過30小時，每月減少發(fā)電時間150多個小時，因為發(fā)電成本是電網(wǎng)電費(fèi)成本的兩倍多，所以降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，增加了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

　　五 結(jié)束語

　　本文的創(chuàng)新點在于將一個較大供電系統(tǒng)雙電源切換分割成若干小的用電單元，達(dá)到雙電源切換目的，投資小，見效大。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近年來我國部分地區(qū)出現(xiàn)了電力短缺現(xiàn)象，有一些中小化纖企業(yè)自備發(fā)電機(jī)組，在電源切換時必須停機(jī)，且發(fā)電時間必須保證每批產(chǎn)品生產(chǎn)周期，無形增加了發(fā)電時間。一是解決了電源切換時不停機(jī)保證生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行；二是縮短發(fā)電時間，降低企業(yè)成本增加效益。該系統(tǒng)可擴(kuò)展至更多臺假捻機(jī)切換控制，也可以為其它連續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)實現(xiàn)雙電源切換控制。

參考文獻(xiàn):

[1]. PLC datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/PLC_1248813.html.