煉油化工儀表系統(tǒng)供電方式改進(jìn)與應(yīng)用

李康福(茂名石化分公司動(dòng)力廠 廣東省 茂名市 525011)

一、儀表系統(tǒng)上游供電方式構(gòu)成、存在問題以及改進(jìn)方法

1.儀表系統(tǒng)上游的供電方式構(gòu)成

目前煉化裝置儀表系統(tǒng)主要是大型的DCS、ESD或PLC等系統(tǒng)，其由UPS供電，其輸出電源品質(zhì)平穩(wěn)，同時(shí)在外電丟失情況下，電池組能保持短時(shí)間（一般30分鐘）供電。

UPS構(gòu)成：

（1）整流器，其把交流電源轉(zhuǎn)變成直流電源，并對(duì)電池組充電；

（2）逆變器將直流電源轉(zhuǎn)變成平穩(wěn)交流電源；

（3）電池組由若干個(gè)電池串聯(lián)起來，當(dāng)UPS輸入電源丟失時(shí)，電池自動(dòng)向儀表負(fù)載供電；

（4）靜態(tài)開關(guān)是一種可控硅開關(guān)，輸入I、II路電源可以互相進(jìn)行無擾動(dòng)切換，對(duì)儀表負(fù)載連續(xù)供電；

UPS工作原理：

（1）外電（電源II）正常時(shí)，合上維修旁路電源開關(guān)K1，儀表系統(tǒng)正常供電；

（2）合上電源開關(guān)K2，合上負(fù)載輸出開關(guān)K4；

（3）合上電源I開關(guān)K3，整流器正常工作，合上電池開關(guān)，電池組開始充電；

（4）斷開維修旁路開關(guān)K1，啟動(dòng)逆變器，靜態(tài)開關(guān)自動(dòng)把儀表負(fù)載改為由逆變器供電；

（5）UPS正常時(shí)由主線（整流器、電池組、變器）供電，主線出現(xiàn)故障時(shí)，UPS由靜態(tài)開關(guān)自動(dòng)切換至備用電源供電，以確保電源II不間斷向儀表負(fù)載供電。

2.UPS在使用過程中存在問題

（1）部分UPS主機(jī)工作需要電池組啟動(dòng)，主要表現(xiàn)在：

UPS主機(jī)在啟動(dòng)或正常工作，需要電池啟動(dòng)或電池電壓在正常范圍內(nèi)，當(dāng)電池組內(nèi)出現(xiàn)漏液，內(nèi)阻增大，電池組失效，外電晃電后恢復(fù)時(shí)主機(jī)不能啟動(dòng)，UPS沒有輸出。

（2）部分UPS只有一路電源輸入（電源I）：

因電池會(huì)容易老化，活性不好，電池失效，外電晃電時(shí)，UPS會(huì)瞬間失電，風(fēng)險(xiǎn)很大。

（3）大部分UPS內(nèi)部只有硬旁路或軟旁路，沒有系統(tǒng)外維修旁路，當(dāng)UPS出現(xiàn)電子旁路故障、逆變器故障或電路板出現(xiàn)燒崩，因沒有外維修旁路，不能整機(jī)外移維修，只能在裝置全停時(shí)才進(jìn)行檢修。

3.改進(jìn)的方法以及效果

（1）更換需要電池組啟動(dòng)主機(jī)UPS，新UPS采用兩路供電方式，且兩路輸入電源來自不同母線上，提高系統(tǒng)供電安全性和可靠性。

（2）UPS串聯(lián)/并聯(lián)

UPS串聯(lián)，其中一臺(tái)（主機(jī)）輸出供儀表系統(tǒng)供電，另一臺(tái)（備機(jī)）輸出作為主機(jī)備用電源。這種供電方式，主機(jī)一直給儀表系統(tǒng)供電，正常情況下，備機(jī)一直處于備用狀態(tài)，不利于備機(jī)電池組充放電，電池組壽命會(huì)縮短，當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，備機(jī)也不起備用，儀表系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)毀滅性事故。UPS并聯(lián)，兩臺(tái)UPS同時(shí)給儀表負(fù)載供電，每臺(tái)UPS負(fù)責(zé)50%負(fù)載供電，當(dāng)一臺(tái)UPS出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)UPS要對(duì)儀表系統(tǒng)100%負(fù)載供電，這種供電方式中，當(dāng)任何一臺(tái)UPS出現(xiàn)故障時(shí)，儀表系統(tǒng)供電都不會(huì)出現(xiàn)中斷，效果理想，它要求兩臺(tái)UPS輸出頻率是一至，成本比較高，這兩種方式企業(yè)比較少采用。

（3）對(duì)UPS增加外硬旁路

在UPS外面增加硬旁路開關(guān)，當(dāng)UPS出現(xiàn)軟故障需要外移處理時(shí)，把其切至電子旁路供電，然后合上旁路開關(guān)，斷開UPS輸出開關(guān)，UPS可以外移處理，過程中儀表系統(tǒng)供電不中斷；如果UPS出現(xiàn)毀滅性故障（燒崩），把UPS輸出開關(guān)斷開，合上旁路開關(guān)，儀表系統(tǒng)短時(shí)間失電，損失降最低，UPS增加外硬旁路開關(guān)，方便UPS維修，同時(shí)在UPS系統(tǒng)中增加電池檢測(cè)功能，提示電池的運(yùn)行情況。

二、儀表系統(tǒng)供電方式

目前儀表系統(tǒng)供電方式，包括儀表系統(tǒng)、二次儀表和現(xiàn)場(chǎng)儀表供電。儀表系統(tǒng)包括DCS、ESD和PLC等，其對(duì)供電中斷時(shí)間有嚴(yán)格要求，一般不允許超過100毫秒。相當(dāng)多控制系統(tǒng)都具有電源冗余設(shè)置，因此系統(tǒng)供電方式上基本采用兩路或三路電源供電，具體有UPS+GPS電源、UPS1+UPS2、UPS1+UPS2+GPS電源方式。

1.存在問題

（1）UPS+GPS電源方式，滿足系統(tǒng)兩路供電，穩(wěn)定性高，但有些特殊儀表如505調(diào)速器或203超速保護(hù)器采用單220VAC供電，當(dāng)UPS或GPS電源出現(xiàn)故障時(shí)，可能會(huì)引起機(jī)組或裝置波動(dòng)；

（2）UPS1+UPS2方式；系統(tǒng)中機(jī)柜照明或風(fēng)扇使用UPS電源，會(huì)對(duì)UPS電源品質(zhì)影響；

2.目前規(guī)范的設(shè)計(jì)要求

由于煉化裝置安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保要求，對(duì)儀表系統(tǒng)供電要求更加嚴(yán)格，盡量減少供電方式對(duì)裝置安全生產(chǎn)帶來影響。主要內(nèi)容包括有：

（1）重要控制系統(tǒng)（DCS、ESD、PLC）有冗余電源設(shè)置，滿足兩路供電要求，機(jī)柜內(nèi)照明、風(fēng)扇采用市電供電；UPS1+UPS2+GPS電源方式是目前比較規(guī)范設(shè)計(jì)供電方式，任何一路電源出現(xiàn)故障，都不會(huì)引起系統(tǒng)波動(dòng)，同時(shí)對(duì)機(jī)柜內(nèi)照明、風(fēng)扇采用市電，更確保UPS電源穩(wěn)定性。特別強(qiáng)調(diào)建議網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用兩路電源供電，如?？怂共_DCS系統(tǒng)A4/C5交換機(jī)，增加一路直流電源確保系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全。

（2）直流電源系統(tǒng)電源模塊數(shù)量盡量為偶數(shù)，分別由不同交流系統(tǒng)供電，且每一組直流電源模塊負(fù)荷不要超過50%；另可以使用N+1直流電源系統(tǒng)，但有的要求輸入電源相位相同，否則直流電源系統(tǒng)內(nèi)切換時(shí)模塊會(huì)損壞。不論哪一種供電方式，把直流電源報(bào)警信號(hào)引至DCS作報(bào)警記錄，或者在直流模塊輸出端接帶指示燈繼電器，方便日常檢查。在一些自配電廠裝置中，可以設(shè)計(jì)用直流110VDC轉(zhuǎn)24VDC和交流380VAC轉(zhuǎn)24VDC構(gòu)成直流系統(tǒng)，可以增加儀表直流系統(tǒng)穩(wěn)定性。

（3）交流雙電源切換開關(guān)應(yīng)用；切換開關(guān)切換時(shí)間要根據(jù)設(shè)備性能需求確定，一些只參與測(cè)量重要儀表或電動(dòng)閥等，瞬間失電影響不大，可采用切換時(shí)間比較寬切換開關(guān)；如果是操作站主機(jī)電源、正常帶電聯(lián)鎖電磁閥等，其對(duì)切換時(shí)間要求短，否則影響設(shè)備正常運(yùn)行，則要求切換開關(guān)時(shí)間滿足設(shè)備的正常要求，且品質(zhì)保證；

結(jié)束語

儀表系統(tǒng)供電穩(wěn)定性，對(duì)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定生產(chǎn)相當(dāng)重要，在設(shè)計(jì)和維護(hù)要與電氣專業(yè)溝通協(xié)調(diào)，不要因?yàn)樯嫌尾环€(wěn)定性影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時(shí)在考慮系統(tǒng)外設(shè)備配置時(shí)，要考慮其供電穩(wěn)定性和通用性，或根據(jù)設(shè)備供電特殊性，考慮其供電方式，確保整套系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

[1]《煉油化工儀表自動(dòng)化培訓(xùn)教材》編寫組安全儀表控制系統(tǒng)（SIS）中國(guó)石化出版社2009，11.

[2]劉少慧.淺析UPS不間斷電源的原理及維護(hù)[J].福建電腦.2011(04).