煉油化工儀表系統供電方式改進與應用

李康福(茂名石化分公司動力廠 廣東省 茂名市 525011)

一、儀表系統上游供電方式構成、存在問題以及改進方法

1.儀表系統上游的供電方式構成

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

UPS構成：

（1）整流器，其把交流電源轉變成直流電源，并對電池組充電；

（2）逆變器將直流電源轉變成平穩交流電源；

（3）電池組由若干個電池串聯起來，當UPS輸入電源丟失時，電池自動向儀表負載供電；

（4）靜態開關是一種可控硅開關，輸入I、II路電源可以互相進行無擾動切換，對儀表負載連續供電；

UPS工作原理：

（1）外電（電源II）正常時，合上維修旁路電源開關K1，儀表系統正常供電；

（2）合上電源開關K2，合上負載輸出開關K4；

（3）合上電源I開關K3，整流器正常工作，合上電池開關，電池組開始充電；

（4）斷開維修旁路開關K1，啟動逆變器，靜態開關自動把儀表負載改為由逆變器供電；

（5）UPS正常時由主線（整流器、電池組、變器）供電，主線出現故障時，UPS由靜態開關自動切換至備用電源供電，以確保電源II不間斷向儀表負載供電。

2.UPS在使用過程中存在問題

（1）部分UPS主機工作需要電池組啟動，主要表現在：

UPS主機在啟動或正常工作，需要電池啟動或電池電壓在正常范圍內，當電池組內出現漏液，內阻增大，電池組失效，外電晃電后恢復時主機不能啟動，UPS沒有輸出。

（2）部分UPS只有一路電源輸入（電源I）：

因電池會容易老化，活性不好，電池失效，外電晃電時，UPS會瞬間失電，風險很大。

（3）大部分UPS內部只有硬旁路或軟旁路，沒有系統外維修旁路，當UPS出現電子旁路故障、逆變器故障或電路板出現燒崩，因沒有外維修旁路，不能整機外移維修，只能在裝置全停時才進行檢修。

3.改進的方法以及效果

（1）更換需要電池組啟動主機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，提高系統供電安全性和可靠性。

（2）UPS串聯/并聯

UPS串聯，其中一臺（主機）輸出供儀表系統供電，另一臺（備機）輸出作為主機備用電源。這種供電方式，主機一直給儀表系統供電，正常情況下，備機一直處于備用狀態，不利于備機電池組充放電，電池組壽命會縮短，當主機出現故障時，備機也不起備用，儀表系統會出現毀滅性事故。UPS并聯，兩臺UPS同時給儀表負載供電，每臺UPS負責50%負載供電，當一臺UPS出現故障時，另一臺UPS要對儀表系統100%負載供電，這種供電方式中，當任何一臺UPS出現故障時，儀表系統供電都不會出現中斷，效果理想，它要求兩臺UPS輸出頻率是一至，成本比較高，這兩種方式企業比較少采用。

（3）對UPS增加外硬旁路

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

二、儀表系統供電方式

目前儀表系統供電方式，包括儀表系統、二次儀表和現場儀表供電。儀表系統包括DCS、ESD和PLC等，其對供電中斷時間有嚴格要求，一般不允許超過100毫秒。相當多控制系統都具有電源冗余設置，因此系統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，滿足系統兩路供電，穩定性高，但有些特殊儀表如505調速器或203超速保護器采用單220VAC供電，當UPS或GPS電源出現故障時，可能會引起機組或裝置波動；

（2）UPS1+UPS2方式；系統中機柜照明或風扇使用UPS電源，會對UPS電源品質影響；

2.目前規范的設計要求

由于煉化裝置安全生產、經濟效益和環保要求，對儀表系統供電要求更加嚴格，盡量減少供電方式對裝置安全生產帶來影響。主要內容包括有：

（1）重要控制系統（DCS、ESD、PLC）有冗余電源設置，滿足兩路供電要求，機柜內照明、風扇采用市電供電；UPS1+UPS2+GPS電源方式是目前比較規范設計供電方式，任何一路電源出現故障，都不會引起系統波動，同時對機柜內照明、風扇采用市電，更確保UPS電源穩定性。特別強調建議網絡交換機采用兩路電源供電，如福克斯波羅DCS系統A4/C5交換機，增加一路直流電源確保系統網絡安全。

（2）直流電源系統電源模塊數量盡量為偶數，分別由不同交流系統供電，且每一組直流電源模塊負荷不要超過50%；另可以使用N+1直流電源系統，但有的要求輸入電源相位相同，否則直流電源系統內切換時模塊會損壞。不論哪一種供電方式，把直流電源報警信號引至DCS作報警記錄，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，可以設計用直流110VDC轉24VDC和交流380VAC轉24VDC構成直流系統，可以增加儀表直流系統穩定性。

（3）交流雙電源切換開關應用；切換開關切換時間要根據設備性能需求確定，一些只參與測量重要儀表或電動閥等，瞬間失電影響不大，可采用切換時間比較寬切換開關；如果是操作站主機電源、正常帶電聯鎖電磁閥等，其對切換時間要求短，否則影響設備正常運行，則要求切換開關時間滿足設備的正常要求，且品質保證；

結束語

儀表系統供電穩定性，對系統安全、穩定生產相當重要，在設計和維護要與電氣專業溝通協調，不要因為上游不穩定性影響系統穩定性，同時在考慮系統外設備配置時，要考慮其供電穩定性和通用性，或根據設備供電特殊性，考慮其供電方式，確保整套系統穩定性和可靠性。

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

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