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大连宏力德科技发展有限公司专业从事大功率变频电源(船用UPS电源,船用蓄电池)设备的设计、生产制造、销售、安装调试一条龙服务的电源设备工程公司。我公司船用变频电源(船用UPS电源,船用蓄电池)广泛应用在国内各大工业制造工厂、码头、修造船厂、浮船坞、海洋钻井平台及外国轮船上 ;公司本着“专业、专心、专注、专一”的工作态度,提供技术先进、性能可靠的大功率变频电源(船用UPS电源,船用蓄电池)设备系列产品及提供最完整的端到端一体化整体大功率变频电源解决方案及服务。我公司所经营船用UPS电源,船用蓄电池 在修造船厂、浮船坞取得了极好的信誉度
近几年来,随着海洋石油在海上勘探、开发规模的不断扩大,海上钻采生产对通信的要求越来越高,除常规的短波通信设备外,TES卫星系统、程控交换机、计算机网络等通信手段在海上作业得到了广泛应用。通信是生产和指挥系统的中枢,也是船台应急、安全的重要保证。船用UPS就是要对上述设备提供优质、可靠的不间断电源,所以通信电源系统的质量和可靠性对船台是非常重要的。
一般的进口钻井平台电源是由船用发电机提供的,而且采用60Hz频率,发电机的容量对负荷而言,设计冗余偏小,经常造成供电电压波动大。然而,普通UPS在钻井平台使用中常会出现以下情形:UPS不能正确跟踪供电频率以及UPS电源工作时严重干扰短波通信等,更为严重的是UPS在使用中经常损坏。这样就对正常的通信和安全保障工作造成了很大的威胁。

一、钻井平台供电环境的特点
经分析发现,钻井平台与陆地供电环境有很大的不同,主要表现在于:船电无接地系统;钻井平台电站容量小,相对载荷有时变化较大,电压存在大范围陡升陡降的变化;负载类型复杂,电源波形畸变大且有寄生脉冲等干扰存在;钻井平台的供电频率变化大,而且标称频率也有区别等。
可见钻井平台短波通信对电源有着特殊的要求,钻井平台短波通信系统对电源的要求除了一般指标以外,还有更高的要求:(1)要求干扰小,短波通信对环境的要求高是因为短波接收机的灵敏度高(1μv以下),接收频率相对其他通信设备更容易受到干扰;(2)空间小,通信设备的布局受空间限制,因为钻井平台的空间限制所有的通信设备都必须集中在报房内,不可能有足够的空间距离,所以对短波通信设备来说,必须解决电源的电磁兼容问题。

二、解决的方法与途径
针对以上存在的问题,分析普通陆用UPS和钻井平台的UPS工作环境,对比后发现:(1)陆上供电系统都有接地系统;(2)陆上供电频率是固定的而且较稳定;(3)普通UPS电磁兼容标准低,而且目前国内对EMI没有作为强制执行标准。在上述原因中,(1)、(2)两项是引起设备故障的主要原因。考虑到电源接地体制是与各项保护措施密切相关的,其中包括滤波器的平衡设计、过压保护、过零检测等环节,而在线式UPS的工作频率是与电网频率同步的,即跟踪电网频率,一般情况下跟踪的范围是一定的。如果电网的工作频率超过UPS的跟踪范围,UPS便作出相应反映并——进入BAYPASS状态,此时便有可能出现“环流”;而在第(3)项中,电磁兼容更是一个复杂的问题,首先是前面提到的EMI标准执行情况。另外研究相关测试方法时发现,所有的电磁干扰测试都是在大于3m距离的测试点进行的,与报房的空间相比显然测试条件不适用于这种环境,而且不但存在UPS干扰短波通信接收,同时短波发射也干扰UPS的正常工作。
表1是UPS厂商提供的EMI检测报告,很显然厂商给出了不完整的检测报告,即对我们最关心的频率段1~30MHz略去了。查找相关资料有1~30MHz的磁场骚扰的限值是:A类UPS 12-1.5dB(μV/m);B类UPS 0-(-10.5)dB(μV/m)。测试条件是:用环行天线,在3m距离处测试,此限值适用于额定输出电流小于或等于25A的UPS电源。
通过分析比较,在定型的UPS产品中选择适合钻井平台使用的UPS比较困难,必须针对上面的问题进行专门设计,而且必须满足以下要求:1)充电器、逆变器和控制器:要求工作频率(50、60Hz可选)60Hz±10%;工作电压:额定输入电压220V±20%,额定输出电压220V±3%,且输出正弦波。2)电路平衡设计:要求适应船舶供电环境即不接地系统。3)电磁兼容设计:包括解耦设计、滤波器选择、屏蔽措施等,必要时使用双层金属外壳屏蔽。由于我们自己设计制造受到各种条件限制,不宜采用。所以必须选择合适的厂家,委托设计制造,样机出厂后进行实地运行考验。经过协商、考察,大连宏力德有能力设计并生产适用于船舶环境应用的UPS电源。
下面就以大庆 钻井平台UPS为例进行说明。大庆钻井平台通信用UPS是以前船上安装性能最好的一种。它是美国FE公司生产的,额定工作频率60Hz,额定功率4.3kvA。但UPS干扰SKANIT 8757(一种单边带通信设备)单边带接收机正常工作,现场测量分析后结论如下:
①测试中发现输出正弦波形严重失真。②UPS机壳对平台的保护“地”之间有96V的电位差,使UPS机壳不能与平台“地”线相接,这说明船电无电气“0”线与普通市电的三相四线(有电气“0”线)之间有差别。而由于机壳不接地,逆变器工作过程中产生的高频分量得不到有效屏蔽,使辐射干扰明显增加。③大庆报房中UPS和SKANT8757单边带电台之间距离仅1m,前面提到的测试条件显然和实际工作环境不符,即电磁干扰要求比标准严酷的多。④海洋气象环境和船上的特殊负载环境都比陆上恶劣。大庆平台上的美国UPS设备使用不到五年,设备无论外观还是机内都已严重腐蚀,无维修价值。
根据现场测试和分析大连宏力德专门设计并生产适合于钻井平台的船用特种通信UPS电源,已于近期在大庆钻井平台投入试运行,到目前为止运行情况良好。设计方案中的几点技术措施分别如下。
该厂生产的UPS其技术总原则是,封两端、罩中间、电路平衡以及船用标准防护。具体措施是:在UPS输入端加双级滤波器,以隔离电源干扰;在电池的输入端加单级滤波器,防止通过电池辐射;在UPS输出端加装4级滤波器,以减弱传导干扰;在UPS输出端加隔离变压器,在减弱高频干扰的同时可将负载与逆变器功率输出级隔离,安全可靠性增强;机壳对输入输出均隔离以保证机壳能与船台保护“地”有效连接;UPS总体采用平衡设计以适应船电无“0”线的电环境;机壳采用双层结构,实现双层屏蔽,用以减小辐射干扰;整机按船用标准设计,外壳防护等级为IP20;电池备用时间大于30分钟,实际可达1.5小时;逆变器设计输出波形失真小于3%。UPS电气性能指标见表2。
综上所述,大庆钻井平台通信特种UPS的使用彻底改善了大庆通信用电质量,使报房内UPS和通讯设备的电磁兼容问题得到了根本解决,同时也使系统的可靠性有了保证。



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