石油化工電氣儀表安全供電系統探討

張霄芳

（中石化石油工程設計有限公司,山東 東營 257026）

0 引言

石油化工產品的生產環境具有高溫高壓、易燃易爆的特點，對生產工藝自動化控制的安全性和可靠性要求極高。隨著科學技術地不斷發展，各種自動化、高精確度、安全性好的電氣儀表在石油化工生產中有著廣泛應用，極大地提高了生產的安全性，進而促進生產效率地提升。但是，隨著各種自動化儀表地應用，需要一個功能完善、運行穩定可靠、安全節能的供電系統來確保一系列儀表的運作安全性。但在實際生產中一些設備系統仍存在供電安全的隱患，如何消除隱患，提高供電系統的安全性、穩定性和可靠性，是一個值得探討的重要課題。

1 石油化工電氣儀表供電系統的特點

1.1 石油化工供電類型

在石油化工生產過程中，按照生產工藝的控制功能和類型，主要包括：1）DCS分散測控系統；2）安全監測的SIS儀表控制系統；3）生產現場的溫度儀表、壓力器、流量儀器、行程儀器、壓力變送器等；4）生產中的中央操控站、各種輔助性監測儀表等；5）電控閥、PLC控制器及其他220V供電壓的儀表設備。

1.2 各測控儀表系統供電的特性

生產中各種測控儀表的系統供電特性均存在差異，包括：

1）DCS分散控制系統。該系統是石油化工生產過程中最為重要的儀表設備控制系統，被稱為系統控制的中樞神經。為保證該系統安全、可靠運行，該類型的儀表控制系統在研發中就考慮其單回路供電的不可靠性，而在這些儀表內均設置雙回路不同電源供電。這些儀表設備系統內部的冗余電源設置形式，要求在實際運行中必須應用雙回路電源同時供電，在斷電時仍可正常穩定運行，極大提高了供電的安全性和穩定性。

2）SIS儀表安全監控系統。該系統和上文的DCS系統是一致的，同樣采用雙回路冗余配置電源，并配備雙電源的調整設備，以確保供電安全和穩定。

3）當供電電源出現暫時性波動時，對生產現場的儀表影響不是很大，比如：溫度表、壓力變送器等。但是，對于參與聯鎖運轉現場的監測儀表變送器來說會造成很大的影響，比如：軸移位、振動等信號會產生較大的波動，進而影響到聯鎖控制系統的誤動或者拒動[1]。所以，為確保現場相關儀表信號采集的準確性和有效性，通常情況下對相關儀表的電源設置成雙電源并聯式供電，以確保系統供電的安全穩定。

4）PLC控制、控制閥及其他220V AC交流電源供電的儀表系統，在參與安全保護設備時，可采取雙電源冗余配置，提高供電安全性和穩定性，以保證儀表的安全運行。其他電氣儀表系統的附屬設備通常采用單回路電源供電。

2 石油化工儀表供電系統存在的安全隱患

當前，石油化工的儀表供電系統一般采用220V AC、24V DC兩種電壓級別，其中220V AC交流電源由UPS來供電，再經低壓斷路器控制處理后，形成諸多分支回路分別通過AC/DC轉化器或變壓器等設備輸出24V DC和110V AC的電源，向相應儀表提供電力負荷。在石油化工儀表中常見的不安全隱患比如照明、散熱風扇等，石油化工儀表中常見的不安全供電系統構造如圖1。

圖1 石油化工儀表中常見的不安全供電系統構造Fig.1 Instrument common insecurity in power supply system for petrochemical construction

從圖1可以看出，該種供電系統，測控儀器和儀表設備系統運行安全性和可靠性得到一定的保障，但是存在安全隱患，主要是：1）對需要經過24V DC的直流供電的直流式儀表未按照標準和要求配置冗余電源；2）DCS系統、PLC系統等需要采取雙回路電源的儀表并未應用雙回路電源供電，而僅僅在分支線路上配置并聯兩個電源，以對回路進行供電，當出現斷路器開啟、UPS電源發生故障、非主觀斷電等情況時，電氣儀表會形成閉合式供電線路，進而引起短路；3）當照明、風扇等設備的供電短路時，會導致整個供電系統發生斷電。所以，為提高石油化工儀表供電系統的安全性和可靠性，必須做好優化設計、安裝調試、維護等方面的工作，采取積極有效的防護措施，消除安全隱患，避免供電事件的發生，保證石油化工生產的安全、穩定。

3 提升石油化工電氣儀表安全供電體系安全性的對策

3.1 提升總電源的安全性和可靠性

提升整個石油化工儀表供電系統安全性和可靠性的重要基礎就是要有一個安全可靠的總電源。所以，石化企業應該選擇性能穩定、質量硬，且在10kVA以上的市電電源，以向生產過程中的各種自動化儀表提供電力支持。另外，還應采用市電供電和UPS的正常、穩定供電兩種形式，以實現并行供電，強化整個石油化工電氣儀表供電系統的安全與穩定[2]。特別強調的是，供電系統廠家還應科學有效地核算斷路器容量。

3.2 優化雙回路電氣儀表的供電系統

DCS分散控制系統、SIS儀表監控系統及PLC系統均為石油化工自動化生產過程中最為核心的系統，對于整個生產系統的安全可靠供電具有很高的要求，所以對這些儀表系統的供電安全性要有足夠的重視。在正常情況下，只需要保證控制站供電電源的正常穩定運行，一般不會對生產性儀表產生很大的影響。由于控制站在整個生產測控系統中是最為重要和關鍵的，所以在優化和改進過程中，應該對其所有關鍵元器件的供電都采用冗余聯合容錯控制模式。所以，控制站的冗余電源系統應嚴格設置兩個獨立電源，以確保其中任何一路出現故障不能正常運行情況下，另一路可正常供電，如此可確保整個儀表測控系統中諸多重要性儀表的正常穩定運行。

3.3 優化配置直流供電儀表的冗余電源

在石油化工生產系統中，直流電源主要為24V DC的直流儀表提供電力支持。要確保直流儀表供電系統的安全性，應該采取不同電源供電的兩臺24V DC直流穩壓電源進行并聯式供電，同時還應該在每個直流電源輸出端的正極上增加一個大功率的二極管，以此分開兩個不同電源。兩臺24V DC直流穩壓電源，其電源均來自兩個不同的220V AC交流UPS電源，或者市電和UPS電源同時供電，這就實現了良好的冗余電源設置[3]。該模式設計和操作都較為簡便，兼顧了經濟性、安全性和可靠性。

3.4 優化單項220V AC供電儀表的電源配置

在石油化工生產過程中，一些儀器儀表對供電系統的要求不高，即使出現暫時性斷電，也不會對整個化工自動化生產系統產生很大的影響，比如：壓力表、溫度器等。所以，為了整個供電系統的優化，可直接應用220V AC的城市電網來完成供電，以節約企業的生產成本，提高生產經濟效益。不管是從經濟方面考慮，還是從技術安全性考慮，此類模式具有很強的可實施性。在供電模式中配置STS后，整個電氣儀表供電系統的安全穩定性均要比UPS電源要好。另外，在該種模式中，如果UPS電源發生故障，則STS會在內部電路閉鎖控制狀態下自動切換到市電供電，并經市電分開、穩壓電路來實現正常供電，這也極大方便了在不斷電確保電氣儀表的供電安全性基礎上，對UPS電源進行檢修。

3.5 優化照明、風扇等設備配電

在系統供電回路的設計中，可將照明、風扇等設備采用市電單獨供電。可以避免發生因此類輔助設備供電回路短路而產生的整個系統運行故障。

4 結語

隨著石油化工業的發展和進步，在石化生產過程中的各種自動化控制化系統還會不斷更新、擴大，形成集中、統一的的電氣儀表測控系統。總之，為了確保石油化工生產各種電氣儀表的正常、安全、穩定運行，保證石化生產的安全與穩定，必須提高和確保電氣儀表供電系統的安全與可靠。在優化和改進過程中，應該根據企業生產的實際情況、各種生產設備儀表的供電特性，從供電負荷、安全生產等方面，結合供電技術、經濟性，采取科學合理的供電配置模式，確保生產系統中所有電氣儀表的安全性、經濟性，最終實現石化生產經濟效益和社會效益的最大化。

[1]劉易國.石油化工電氣儀表安全供電系統探討[J].硅谷,2012,7(23):187-188.

[2]陳飚.探索化工儀表安全供電系統[J].科技風,2014,11(7):89.

[3]王紹則,韓劍,程隆,等.石油化工電氣儀表安全供電系統探討[J].中國高新技術企業,2013,271(28):68-69.