压缩机组UPS充电柜国产化改造的可靠性提升与维护费用节约.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 22 日 作者简介:蒲飞航(1995),男,汉族,甘肃陇南人,大学本科,工程师,研究方向为输气管道运行调控研究。-74-压缩机组 UPS 充电柜国产化改造的可靠性提升与维护费用节约 蒲飞航 扈永鹏 慕泽伟 国家管网西部管道兰州输气分公司,甘肃 兰州 730070 摘要:摘要:本文详细阐述了输气管道场站压缩机组 UPS 充电柜国产化的应用流程及使用效果,并从系统视角,探讨了如何提高压缩机组控制系统供电可靠性的问题,同时,优化了充电柜内部电子元器件的性能和检测技术,进而达到降低维修成本与备件费用的目的。希望能给业内专业人士提供一些电气
2、设备国产化改造的思路和方法,能够在提质增效方面做出一定的成效。关键词:关键词:压缩机组;UPS 充电;国产化改造;可靠性提升;维护费用节约 中图分类号:中图分类号:TM564 压气站的主要设施就是压缩机组,它负责提供气体以进一步提高压力。同时,UPS 充电柜的存在也为这个系统的稳定性提供了关键的支持。ups 充电柜在某压气站的压缩机组中运行了相当长的时间,其软件已经过时,硬件也开始老化。由于系统出现了问题,停机的频率也在逐步提高。UPS 充电柜的每一次问题都需要厂商的帮助来修复,这导致了其维护时间较长。算法在防止喘息和控制其他功能方面显得过时,导致了控制的不准确性。由于没有进行本地化的设计,这
3、对工作人员的操作和记录机组的运行状况并不有利,导致一些警告和故障信息的缺失。所以,我们需要深入探讨压缩机组 UPS 充电柜的国产化策略,设计相应的软硬件升级和改良计划,同时通过实际测试来确认其可靠性,这将为未来众多的管道压缩机组控制系统的国产化和升级改良工作提供参考。1 UPS 可靠性问题的提出 伴随着通讯设备的整合和数码化水平的逐步提升,设备对于通讯电源的需求也日益增加。所以,那些可以不断为我们提供优良交流电的大规模和中规模的在线 UPS(UninterruptiblePowerSupply)的应用领域正在不断拓宽。UPS 的供电体系可以直接为大量的通信设备供应电源,因此其稳定性已被普遍关注
4、。现在,UPS 的研发与生产环节,因为采纳了如智能监测以及 IGBT(绝缘栅级晶体管)模块这样的尖端科技,极大地降低了 UPS 的出错概率。ups 的大型及中型设备的平均运行寿命(MTBF)已经超过了 20 万-25 万个小时。所以,单纯考虑 UPS 设备的特点,它的稳定性极为出色。UPS 的供电体系的全面性取决于许多因素,例如 UPS 的储能器、备用的发电装置和输送和配电的设施,它们的基础结构可参见图 1。如果任一步骤出现问题,都有可能引起供电中断,进一步触发供电事故,最终导致固定通信站的通信中断。观察供电模式,由于集中供电的结构,它自然会引发一些与稳定性相关的挑战。(1)当集中供电设备的某
5、些环节发生问题时,它们很可能会导致全体设备停止运作,这样的话,它们的稳定性明显不足。(2)在大规模的电力供应系统里,许多输配电设备的使用年限较长,其技术制造和电力特性相对落后,设备的陈旧老化问题普遍存在,所以它们的故障率也比较高。在庞大的电力供给体系里,因为电力装置的数量众多并分散在各处,使得供电与分配电源的通道间隔过远,分配情况变得错综复杂,这就为系统出现问题提前埋下了伏笔。虽然新的集中监控和冗余备份技术(即多机冗余并联)在技术层面上可以提升UPS供电系统的稳定性,但这同样需要大量的经济支持。因此,目前的状态并不存在一个完美的 UPS 供电系统保障策略。然而,如果从保养者的视角来看,增进系统
6、的稳定性保养,并且提升每个部分的设备使用效率,仍然存在大量的任务需要完成。中国科技期刊数据库 工业 A-75-2 UPS 的可靠性问题分析 2.1 平均无故障时间(MTBF)2.1.1 整流器的 MTBF 它不仅与本身电路功率器件的选用有关,而且与市电电网质量有关,目前大部分在用的是 UPS 采用电流软启动方式开启机器,可减少大电流对整流功率器件的冲击,尤其是采用高频功率器件做整流器,使用SPWM 整流技术,可靠性和输入特性大大提高,MTBF 数值可达 80000-90000 小时,大约为 10 年。2.1.2 蓄电池组的 MTBF MTBF 的测定结果受到蓄电池的品质、各组的蓄电池数目、充放
7、电的频繁程度和放电效率、充电装置的构造、充电的手段、环境的温湿度等多种要素的影响。若城市供电系统的断电频率增加,那么其释放的能量也会相应增加。如果城市的供电设施长期停电,那么电池组的充电速率也将随之提高。环境温度过低或过高(30)会对蓄电池的使用寿命产生影响。一般铅蓄电池的寿命为 40000-60000 小时,大约 4-7 年。2.1.3 逆变器的 MTBF MTBF 的改变并非仅仅由功率元件的挑选、元件的质量、生产工艺的优劣所决定,特别是逆变器的操作和保护电路的构建,换句话说,它与浪涌电压和电流的吸收处理有关,同样也受到蓄电池组的停电电压的影响,还受到负载的属性和重量的影响。一般逆变器的 M
8、TBF 为 50000-70000 小时,大约 6-8 年。2.1.4 静态开关的 MTBF 静态开关在确保电力系统的连续供应中起着至关重要的作用,它们主要由双向可控硅构建,具备很强的可靠性。尽管如此,静态开关的逻辑控制电路的构建方法并不统一,所以,它们的性能有着明显的差异。一般静态开关的 MTBF 为 50000-60000 小时,大约 5-7年。2.1.5 旁路供电的 MTBF 这个指数在各个地方和国家之间可能存在显著的差别。当 UPS 在市电的旁路供应中,通常需保证其电压和频率的变化不会超出 1%,如果出现这种情况,就被视作是旁路供应出现了问题。根据相关数据,中国的旁路供电的 MTBF
9、持续 24-100 小时,相比之下,海外的情况是 50-100 小时。2.2 瞬时故障率()经由前述 MTBF 的研究,我们发现 UPS 的优秀可靠性其本质在于 UPS 装置需要持续的稳定压力、稳定频率和连续的供电。然而,即使设备的设计再出色,可靠性再高,只要开始运作,最终还是会发生故障,这就是所谓的瞬时故障。设备在特定时间段内,即在间隔时间(dt)内发生故障的可能性被称为瞬时故障率()。这个过程主要分为三个阶段:初期故障、偶发故障以及损耗故障,大致可以参考图 1,形成一个“浴缸曲线”。设备在特定时间段内,即在间隔时间(dt)内发生故障的可能性被称为瞬时故障率()。此过程主要包括早期问题、意外
10、问题和消耗性问题三个部分,基本上可以看作是一个“浴缸曲线”。图 1 浴盆曲线 初始故障阶段:也就是设备初次使用阶段,也就是设备试运行阶段。此时,设备的问题发生频次偏高,大多数原因来自于生产商在安装与调整的环节上的粗心大意,或者是设备自身的陈旧性。在设备投入使用之前,这些问题都没有被察觉。从另一个角度来看,虽然设备在搬迁与组装的阶段有可能经历强烈的撞击与振荡,然而,当设备持续工作的时间越久,这种短暂的问题将渐渐趋于稳定。通常,这个阶段不会超过一年。一般性的问题阶段:又被叫做平稳操作阶段,在此阶段的瞬间问题发生的概率相对较小。虽然此时的设备有可能会遇到问题,但其发生的概率并不总是固定的,大部分的故
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