华鲁恒升技术方案天津泰策.docx
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华鲁恒升技术方案天津泰策
山东华鲁恒升股份有限公司
生产线装置防电网闪络技术改造工程
项
目
方
案
天津泰策科技有限公司
方案内容：
（美国Maxwell电容）
一、项目概述
二、用户的设备配置及项目要求
三、方案描述
四、装置的原理与组成
五、装置的技术参数
六、安装步骤及售后服务
七、装置元件的选型
八、进口超级电容与电池系统的对比
九、安装标准及规范
一、项目概述：
对于连续正常运行的自动化生产线，供电网络的瞬间停电、晃电及电网波动等电力故障会严重影响生产的正常运行，导致用电设备不能正常运转，给企业生产和设备造成巨大的经济损失。
我公司生产的GYT型大功率工业UPS系统可以为企业解决这种困惑，由于我们采用的是世界上最好的创新储能元件（美国Maxwell公司），所以我们产品的质量有目共睹，为保证企业生产设备稳定并可靠的运行奠定了基础，不再受电网波动的影响。
贵公司是一家大型化肥生产公司，为满足工艺要求，使用了大量的变频器，变频器本身的质量虽然可靠，但是由于其易受电网的影响往往在电网不好的时候容易造成故障停机，这是由于变频器的内部电路特征造成的，我们都知道现在的变频器大多采用交-直-交的工作方式，当变频器的进线交流电源波动过大时（往往是低于正常值），变频器的直流母线电压也会相应的降低，当低于报警值的时候变频器就会发出欠压故障信号，造成停机。
为了解决这个问题并且结合变频器的这个特点，我们在变频器的直流母线一侧采用超级电容作为储能元件，充电后等电网电压低时，电容将储存好的电能通过变频器的直流母线传送给变频器，再利用变频器本身的逆变电路，输出给电机，从而保证了变频器在电网晃电时能够正常工作，使得贵公司这种连续化生产企业不再受电网波动的影响，相应的降低了企业的运营成本。
作为一种在线式热备电源装置，可以为您从根本上解决电网晃电对关键设备的影响。
保证连续化生产的正常进行。
同时还可以减小电网晃电对变频器设备的损害。
由于采用了强大的隔离保护技术，设备可以随时热插拔投入或退出，整套装置的安全性和可靠性很高，不会对用户的设备造成影响。
二、用户的设备配置及项目要求
1、被控设备配置：
设备名称
电压V
单台KW
数量
总容量KW
设备分布
设备一
380
298
1
298
Ⅰ
设备二
380
298
1
298
Ⅰ
总功率
596
2、项目要求
根据用户要求，为化肥生产线的液氧泵变频调速器提供防电网闪落的GYT-UPS系统，在电网出现晃电时，要求所配置的GYT-UPS系统提供支持功率不小于298KW，支持时间不小于1.2s的动力支持。
三、方案描述
1、方案描述：
本项目采用集中控制多回路输出的方案，拟选用二套支持功率分别为298KW，支持时间为1.2s的GYT-UPS系统。
分别为2台液氧泵变频调速器提供防电网瞬间闪络动力支持。
2、方案说明和特点：
为用户在使用本系统过程中易于管理、操作方便和便于维护，同时考虑从设备使用安全的角度出发，上述方案均配置了每单个回路的分配、隔离单元。
Ø结构简单可靠，GYT-UPS系统没采用常规UPS向变频器提供交流电源，而用超级电容组成的直流热备（SCDC）系统向变频器提供直流电源。
从而减少了AC/DC、DC/AC两次变换，可靠性显著提高。
Ø储存的电能只允许从GYT-UPS系统输入用户的设备（单方向），不允许逆向运行，最大程度上保证了用户设备的安全。
Ø在线热备的技术特点使得电网发生晃电时，根本不需要响应时间，同时也没有中间环节，以最可靠、最直接、最快捷的方式给设备以最大支持。
Ø具有电网监测的功能并能记录电网发生晃电的时刻，持续的时间等。
精度达到0.01秒。
Ø采用PLC+触摸屏的方式，良好的人机界面为客户提供故障查询等手段，便于设备的维护。
Ø具有故障自诊断的特点，便于用户对设备的检修。
Ø具有网络接口，便于实现系统化管理。
Ø对客户的用电系统不需要任何的改动，便于进行技术改造。
Ø一套装置提供了对多台变频器的支持，相互之间无环流影响，互不干扰。
且便于设备检修操作，既方便又安全。
Ø系统的充电采用N+1冗余设计,发生故障的单元自动退出系统，备用装置自动投切到系统中，即使在最恶劣的天气下，也会最大限度地保证用户可以安全有效地使用该装置。
可靠性是其它装置无可比拟的。
四、装置的原理与组成
工业UPS方案的基本工作原理
工业UPS装置是一种具有反复储能、高效低耗、安全可靠、长寿命、免维护、环保型动力不间断电源，采用超级电容器作为储能器件，整流、充电单元只对超级电容器充电，其功率仅为常规UPS的1%左右，既节能又安全。
经整流、充电、稳压后，对动力设备所配变频器的直流母线端子进行并联热备支持。
系统配线图如（图1）所示。
图1
当动力电源正常输入变频器及其所控动力设备的同时，对动力UPS装置内超级电容器进行充电，把能量储存在超级电容器内，当动力电源瞬时晃电时，动力UPS装置将装置内超级电容器所储存的能量经变频器直流母线和其逆变器转换为220V/380V交流继续供负载使用，使负载维持正常工作并保护负载设备不受损坏。
其原理框图如（图2）。
工作原理的阐述
•工业UPS装置充放电速度快、响应时间快（<1us）、高功率密度、能量转换率高、过载能力强、循环使用寿命（深度循环）在1百万次以上。
•在储能方式上，突破了传统电池组作为储能器件的概念，随着电池组
的逐步淡出市场，采用超级电容器作为不间断电源的储能器件。
以超级电容器替代传统电池作为储能器件，可以在大电流环境下充放电，没有极化反应，具有瞬时能量大的优势；并大大降低ESR（等效串联内阻），其热稳定性好，过电流、过电压能力强。
而电池不仅在大电流条件下极板会出现极化反应、而且在静态环境下，由于自身的电化学机理也会出现极板自然内部极化过程，电池出现极化反应后，其电池内阻增大、电解质发热，这样不但进一步加大、加速了电池的极化反应，甚至导致完全损坏电池的功能。
在大电流充放电条件下，电池极板很容易损坏。
图2
•超级电容器单体容量已达数千法拉级，比传统的电容器容量高3-5个数量级，大大减少了电容器的使用数量。
相对地提高了装置的可靠性和安全性
•它既可以防范因自然、人为、设备、电网等因素及环境污染造成电网晃电而导致的重大经济损失，又兼有二次电源和改善供电质量的功能，满足不同环境条件下的工艺要求，降低成本、减小损耗、提高产品质量
•工业UPS装置是利用超级电容器自身为非线性电源的特点，将它作为容性电源，在大功率下实现与感性负载的互补；将它当作变压、变流源使用，根据负载状态调整其电压、电流值，确保变频器及其被控动力设备无扰动、平稳运行。
•以超级电容器作为二次能源使用，能量转换效率高，可达90%以上，故在瞬时大功率使用时，不会象蓄电池作为二次能源的那样，发生能量转换带来的障碍。
•工业UPS装置以并联热备方式工作，任何工业UPS装置器件的损坏、故障都不会给被控设备造成连带损失和影响。
另外强大的保护技术、隔离技术使得工业UPS装置工作更加安全可靠。
真正意义上的在线式工作方式。
•工业UPS装置充分利用超级电容器瞬时大功率、大电流放电的特性，还可以满足大型电机启动、加速过程中对电网能量的需求，此时储存在超级电容中的能量能迅速释放出来，补充大型电机启动、加速时对电网能量的需求，大大降低了对电网的波动和干扰，改善了电网对其他设备的供电质量。
•另外，工业UPS装置无污染、免维护、性能价格比高、适用范围广、结构合理，安全可靠，操作简单，安装方便。
装置的组成
型号：
GYT-4J-2980-012/二套
序
号
设备名称
型号规格
重量
（kG）
单
位
数
量
备注
1
控制柜
800×600×2200
面
1
前后开门
2
储能柜
800×600×2200
面
1
前后开门
3
超级电容
套
1
美国Maxwell
4
充电单元
套
2
施奈德
5
放电单元
套
1
施奈德
6
控制单元
套
1
三菱
7
检测单元
套
1
ABB
8
数据采集单元
套
1
柏艾斯
9
隔离保护单元
套
1
泰利德
10
分配单元
套
1
德国维纳尔
11
电源单元
套
1
台湾
12
操作开关
套
1
施奈德
13
电容监测
套
1
tcjn
14
巡检
套
1
tcjn
15
电容故障自动定位
套
1
tcjn
16
17
本装置的特点：
线路简单可靠，故障率低，维护费用极低（免维护）。
1.充电回路：
采用高频开关电源给超级电容充电，纹波小，输入电源范围宽，稳压精度高，具备限流功能，具有多种保护功能和快速响应的特点，最大限度地保证了系统的质量。
2.监测及数据采集单元：
由于本套装置采用的是在线式直流并联热备系统，所以电网的检测不参与控制，只是提供给客户作为监控参考，当发生电网闪络时由PLC将闪络发生的事件记录下来以供给技术人员参考。
电容一旦出现问题，监测单元会自动断开充电装置并提示出现故障电容的具体位置。
便于维修人员查找。
3.主回路：
采用国外著名公司的超级电容作为本装置的储能器件，充电机将其充电至变频器直流母线电压的位置后，充电电流仅为几十毫安，能耗极低。
由于系统采用并联热备方式工作，超级电容的电压自动跟随用电设备变频器直流母线的电压。
这样以来可以相对稳定用电设备的电压，不仅对变频器的运行大有裨益，而且还可以保证用户产品的质量。
4.控制回路：
采用日本三菱PLC及人机界面进行充放电管理，简单、直观、可靠。
人机界面友好，故障报警自动提示，便于维护人员的检修，电网的监测情况也可以在画面上显示出来。
可以显示多种参数，实现智能化管理。
5.放电回路：
该回路仅仅是为了检修设备或更换电容时，将电容电压放电至安全电压以下。
电网晃电与该放电回路无关。
6.输出回路：
每一个输出开关对应一个支持设备，需要支持时合上既可，不用时可随时断开，可以在线热插拔操作，由于采取了隔离保护措施，操作是安全的。
五、GYT-UPS主要技术参数
•输入电压（AC）：
三相380V（±10%）
•工作频率：
50Hz±1Hz
•输出电压（DC）：
最高530V
•支持功率：
被控设备额定功率
•支持时间：
不小于1.2s
•响应时间：
并联热备，无响应时间
•充电电流：
≤10A
•工作电流：
≥被控设备额定电流
•充电时间：
≤60min（安全方式）
•放电时间：
≥40min（100kW）（只在设备检修时用）
•充放电次数：
深度循环一百万次（本系统从500V到300V为1个循环）
•晃电间隔：
≤5min（可支持连续晃电，特殊要求可定制）
•控制检测：
短路；过流、超温、过压、隔离保护；模块工作状态参数的调整、设定和指示。
电网晃电监测、记录等
•指示报警：
故障、过载、超温报警。
•工作环境：
室内安装；环境温度-10～+40℃；相对湿度≤85%；海拔高度低于2000m；远离易燃、易爆气体或液体。
•冷却方式：
轴流风机/自动风冷。
•安装方式：
固定安装。
•防护等级：
IP30
六、安装步骤及售后服务
1、安装步骤：
甲方负责设备就位及设备的现场接线。
2、安装要求：
由我公司技术人员现场指导安装。
a.本装置柜体后侧空间不少于1米。
b.无爆炸气体、粉尘环境使用。
c.必须由专业人员按要求安装。
3、服务：
a.乙方负责装置调试，技术指导安装和售后技术支持。
b.本装置自交货之日起保修一年。
为用户长期服务。
c.维修响应时间：
厂家技术人员在接到通知后48小时内赶到现场。
d.乙方负责免费现场技术培训。
现场讲解设备的基本构造，工作原理，使用中需要注意的事项及报警故障的处理方法。
e.免费提供产品使用说明书，电气原理框图，接线图，盘面布置图，合格证等随机资料。
七、装置元件的选型
为了保证系统安全、可靠的运行，我们采用的元件以进口品牌的为主，以国产元件为辅，设备整体造价的百分之八十都为进口部分。
1）电容采用美国Maxwell公司的BOOSTCAP产品，本装置的总容量可以满足贵公司的要求。
2）充电机为选用国产同类产品中体积最小，性能优良的产品。
主要部件均为进口工业等级器件，生产工艺规范，质量稳定可靠。
输出电压连续可调，具有输入电压范围宽的特点，保护功能齐全，具有过压、欠压、过流，短路保护等功能，可在额定负载下连续长时间工作。
3）空气开关、接触器、继电器、按钮、指示灯等均采用国际著名品牌的产品，如ABB、施耐德、富士、欧姆龙、穆勒等。
4）控制系统采用的是日本三菱的PLC，负责系统的管理，接口齐全，适合用户网络化管理的要求。
5）触摸屏采用台湾的品牌，用以完成系统的运行控制和参数的调整，可以监测系统运行情况，及时显示报警信息；同时具有故障自检系统，通过触摸屏可以查询解决故障的方法，便于检修人员的维护；在触摸屏上可以显示每次晃电的时间并记录下来，时间精确到0.01秒。
6）数据采集单元采用国内技术实力雄厚的柏艾斯产品，响应时间迅速，精度高。
7）放电单元采用上海玖安公司的产品，波纹电阻，外形美观，散热效果好，功率大，体积小，质量优良、安全可靠。
8）隔离保护单元采用天津电气传动研究所推荐的产品—鞍山泰利德的二极管模块，从安全角度出发，选用的产品比正常值高2个数量等级。
整体提高了装置的安全性。
9）输出设备采用了德国维纳尔的开关，电压等级高符合电气标准，操作简单可靠，运行监测直观。
10）本装置控制系统所用电源为台湾明纬电源，有多个国家的安全认证，产品质量上乘，故障率低，安全可靠。
11）控制柜体及储能柜体为专业厂家定制的GGD标准柜，外观大方，结实耐用，布局合理。
12）电容监测系统，采用美国原装器件，自制研发的监测系统当发现电容出现异常情况时，发出报警信号通知值班人员，自动显示出故障电容的位置同时通过PLC采取相应的措施。
13）巡检系统，与专业厂家共同开发研制的巡检仪（国内目前还没有专用的超级电容自动监测设备）可以随时监测电容电容的状态，根据电容本身的情况通过PLC采取不同的措施以利于延长电容的使用寿命。
这一切都是系统自动完成的，不需要值班人员的人工干预，最大程度减轻了维护人员的劳动强度
八、进口超级电容与电池系统的比较
1.可靠性：
进口电容的可靠性毋庸置疑，在国内外很多场合都实际使用过，如北京地铁5号线的地铁制动系统储能装置，机车刹车时将能量储存起来，启动时将能量释放出来，可节能30％。
设备容量达到1兆瓦（超大容量）。
每天多次反复使用，质量优良可靠，所以优质的超级电容为众多国际巨头所采用，应用于各个领域。
其产品往往与终端设备设计成一样的寿命。
我公司为客户采用的防电网晃电装置的超级电容与北京地铁5号线所用电容是相同的，质量也是同等的。
我们所用的超级电容不仅质量可靠，而且通过传感器可以将内部温度等信号反馈出来，经过我们资深工程师的安全电路设计，最大限度地保证了用户设备的安全性。
优质电池的产品质量虽然可靠，但是对使用环境有要求（电容可以在十分苛刻的环境下工作），其使用寿命往往是具有诸多若干个前提的，而且在大电流放电后，容易在极板两侧产生大量的气泡，不仅损伤电池，而且极易产生氢和氧两种气体，在通风不畅的环境下容易产生爆炸，而且，电池的监测只能靠外部的电路实现，其内部的状态是无法监测的。
电池在大容量系统里长时间的应用还不太多见。
即使在汽车领域也是采取在电池两端并联超级电容以达到为汽车提供启动大电流和保护电池的目的。
（一汽集团已经在两万多辆汽车上采用了这一方案，这也间接说明了电池不适宜在大电流条件下工作），超级电容比蓄电池的寿命长也可以得到体现。
超级电容在使用过程中浮充对其性能没任何影响，超级电容的循环寿命为一百万次，这个循环指的是从超级电容的额定电压降到其额定值的百分之五十为一次循环（如充电到500V,当电压降低到300V时，为一个循环）平时的浮充对其性能没有任何影响，这是其最大的特点。
而电池需要定期活化，否则其性能下降。
在活化期间万一电网发生晃电，其可靠性就可想而知。
科学的严肃性不能带来丝毫的侥幸。
电容的特点是动力性能好，尤其是瞬间反应能力是电池的十倍，虽然容量不如电池，但用于支持晃电（时间很短）绰绰有余。
电池的特点是动力性能差，容量大（可以支持十分钟），但电网晃电一般也就是1秒钟左右，根本不需要若干分钟，否则其它设备都停了又有什么意义，所以在支持晃电方面，电池容量大的特点得不到充分发挥。
2.电路的比较
超级电容采用的是技术最先进的在线式并联热备系统，不需要反应时间，因为晃电的随机性，对反应速度有很高的要求。
超级电容电压跟随电网电压采取自适应的方式。
不论支持多少路设备（不受限制），它们之间不会相互影响，而且任意一台设备需要检修的话，可以在线热插拔，不会影响到系统里的其它设备。
同时由于储存电能的单方向输送的特点，在任何情况下都不会影响到需要支持的设备，安全系数很高。
电池采用的是后备式（正常时与系统断开）投入系统，这是由于电池本身的性能决定的，由于电池在使用中需要浮充（13.6V）、均充（14.1V），电充不足就会影响电池的寿命，所以就决定了它不能采用在线热备的方式；后备式投入有两个弊病，其一需要反应时间，即使再快也不如超级电容采用的在线式热备系统的随叫随到。
其二通过检测每一路支持设备的电压的大小决定是否投入，通过静态开关来实现，举例来说，假如需要支持11路设备，在晃电发生的瞬间，某一路检测电压发生了故障（很有可能）那么这一路的设备就得不到支持，这条线就会产生晃电损失，即使全部检测都没问题，那么还有其他若干个环节了（如切换开关等），一旦其中某一个环节出现问题，就会造成晃电失败。
我们知道，在一个系统里有诸多个环节，如果每个环节都是“与”的关系，那么整个系统的可靠性也应该是“与”的关系，假如每个环节的安全系数都是95％，有四个环节那么整个系统的安全系数就是0.95×0.95×0.95×0.95=81％。
3.维护性及运行费用
电容由于结构简单不仅带来了高可靠性，而且也带来了维护的便捷性，由于发生故障的机会很小，所以其维护工作量几乎可以忽略不计。
电池的免维护性是指不再需要人工加水而已，电脑设计的定期（一般三个月）活化，往往是不会考虑天气状况的，活化期往往是用户最紧张的时期；较高的环境条件，适宜的充电电流往往需要定期巡回观测，众多的监测设备和充电设备往往有意想不到的运行费用。
由于体积庞大，构造相对复杂，给日后的维护检修工作带来了较大的弊病。
4.性价比（体积小也是其一大特点）
超级电容单体容量极大，所以整套装置的体积很小，不需要再另设储能房间，非常方便企业的技术改造。
同时为了占领国内市场，我们为初期使用我们产品的客户提供最具竞争力的产品价格，这是我们为客户提供的最好的承诺。
5.环境保护
绿色环保，由于超级电容采用的是物理储能方式，所以整个产品对于环境没有任何污染，是国家大力提倡的绿色环保产品。
爱护环境从我做起。
九、安装标准及规范
安装标准及规范
GB17478-1998低压直流电源设备的输出性能特性和安全要求
JB/T8948-1999电控设备用低压直流电源
GB50150-91电气装置安装工程电气设备交接实验
GB4026-1992设备接线端子和规定电线端鉴别标志以及文字和数字系统一般应用原则
GB50168-92电气装置安装工程电气电缆线路施工及验收
GB50254-92电气装置安装工程低压电器施工及验收
天津泰策科技有限公司.
2010.8.
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