2018我厂仪表控制系统电源冗余方式及改造
摘要：本文介绍了目前我厂控制系统供电方式及存在的问题，提出对我厂控制系统供电方式的改进方案。http://
关键词：UPS、双电源、冗余、控制系统、切换开关
Abstract：This paper introduces our plant control system supply power mode and the present problems, and put forwards to the improved plan.
Key Words: UPS; dual power; complex; control system; selector switch
中图分类号：TL503.6 文献标识码：A文章编号：
前言：
近年来我厂炼油化工生产装置的不间断电源UPS故障造成装置仪表电源中断引起装置波动及停工的事故频繁发生，为了解决这一问题，2005年以来我们对我厂装置UPS应用情况进行了全面的调查，找出了UPS故障的主要的一些原因，并对重要装置UPS要采用冗余UPS供电。但是通过近两年来的运行，部分装置UPS仍然出现了故障，因此需要采用改变系统供电方式，以达到仪表控制电源平稳的目的。
2、我厂控制系统电源配置情况及存在的问题
我厂所有装置控制系统多年以来一直采用单一电源对控制系统进行供电，多数系统经过UPS电源给控制系统及现场仪表进行供电，然后分两路给控制系统供电，如下图所示。
由于UPS本身故障率较高，在线处理风险较大，一旦故障将造成整个仪表控制系统瘫痪，给安全生产带来许多不利影响。
2.1大部分装置供电配置实际上只是一回路电源供电。
炼油化工装置仪表控制系统的用电负荷按照重要程度来分应该属于特别重要的一类负荷来考虑，应配置两个回路以上的供电电源，但实际上供给仪表控制系统的电源往往仅是一个回路电源，而把供给UPS的两回路电源误认为是供给装置的两回路电源。如上图我厂仪表控制系统电源配置图。
2.2在UPS容量选择上及负荷分配上存在问题
在UPS容量选择上往往是设计人员根据仪表设备最大总容量乘1.5倍来配置UPS，而在实际使用过程中，UPS容量配置较大，同时三相输出的UPS，在输出的每一相上分配的负荷也不样，有时负荷相差很大，造成三项不平衡，影响UPS的安全运行。
3、生产装置仪表控制系统供电配置原则
在实际应用中，生产装置的过程控制仪表（DCS、ESD、PLC及重要在线仪表等）电源供电系统配置应满足以下要求：
1）重要生产装置控制仪表电源供电系统中应配置UPS，确保生产装置供电系统发生断电等事故时，其控制仪表能够正常显示和可靠动作。控制仪表电源供电系统的配置在满足生产装置正常运行后，还可进行UPS离线检修、蓄电池定期维护等工作。
2）控制仪表电源供电系统的接线方式应简洁、清晰，电源引自不同回路的380V/220V母线（以下简称低压母线），所选用的线路、设备、保护装置等应符合《低压配电设计规范》GB-50054-1995的有关规定。
3）控制仪表电源供电系统的配置方案一般为：一路UPS馈出、一路低压母线直供馈出（简称两电源）；两路UPS馈出、一路低压母线直供馈出（简称三电源）；一路电力UPS（交流正弦波逆变电源）馈出、一路低压母线直供馈出（简称逆变电源）。重要仪表，应按两电源或三电源方案配置。
4)制仪表电源系统的切换装置，应能实现无扰动切换，其切换时间应满足控制仪表的运行要求；低压母线的直供馈出回路可根据系统电源质量等情况，配置隔离变压器或稳压器。
4、我厂仪表控制系统对供电电源的要求
4. 1我厂装置控制系统经过多年来的改造，大多控制系统已经改造为DCS、PLC、ESD等控制系统，DCS控制系统本身设计已经充分考虑到单回路供电的不可靠性，一般都配置了双电源冗余供电条件，当其中任何一路供电故障时，将不会影响系统的正常运行，而且DCS对受电电源的质量也是按照市电质量标准设计的。
4.2我厂ESD及FSC联锁系统绝大多数采用双电源冗余供电，任何时候只要一路电源能够正常工作就能满足系统工作。但对于ICS联锁系统，其接受三路供电，其中两路电源工作正常系统就能正常工作，也就是采用三取二的供电方式。
4. 3操作站及工程师站通常只有一路供电，瞬间失电不会影响装置的正常运行，通过电源切换装置如：交流接触器、双电源切换模块等输出接到操作站上可以满足正常供电要求。
4. 4现场仪表变送器、调节阀等设备大多采用24V供电，可以通过多台24v电源并联满足不间断供电要求，24v稳压电源供电必须取自两个不同的回路的交流220v供电回路。只要一路220v供电正常既能满足正常供电。
4. 5 交流220v供电电磁阀、质量流量计、滑阀等仪表供电可以采用切换时间短的切换电源模块如日本高田公司的TGMES双电源切换模块，其切换时间可以在13ms左右，容量从30A-4000A,且容量越小，切换时间越短，能够满足这些单电源设备的供电需要。
5、我厂仪表控制系统供电改进方案
为了保证仪表控制系统的可靠供电，可以通过电源供电系统改造来实现，下面以某装置为例，提出改进方案，其它装置可以进行类似的改造：
1）仪表电源采用三路供电模式，其中第一路来自UPS，第二路为经过隔离变压器直供馈出，第三路为UPS和市电经过两台交流接触器切换供出。仪表电源供电按照特殊的一类负荷配置电源，第一路和第二路供电应来自低压变电所的不同段。UPS的主电源与旁路电源也应取自不同段。
2）保证任何情况下两路电源不会同时失电。
3）UPS故障时不会影响到装置仪表系统供电，且UPS能够拆除离线进行检修，UPS检修和恢复时不会影响仪表供电。 具体电源配置改进方案如下，如下图所示：
1）对于DCS、FSC、PLC等控制系统，由于设备本身具备接收相互独立的、冗余的电源进线条件时，其供电模式为一路接受UPS馈出，另一路接受低压母线经过隔离变压器直供馈出。
2）装置DCS操作站由于其只能接受一路供电，其供电模式为接受UPS和市电经过两台交流接触器切换供出的电源。
3）装置24v稳压电源供电模式一半稳压电源接受UPS供电，一半稳压电源接受低压母线经过隔离变压器直供馈出供电。
4）对于其它的只能接受220v供电的现场重要仪表设备的供电采用UPS和市电经过两台交流接触器切换供出的电源。
5）重要的交流220v供电的现场联锁设备，应采用仪表专业配置的电子切换开关设备输出电源，其输入一路取自UPS供电，一路取自市电供电。
6）底板集中供电的安全栅具备双电源供电条件的改为24V双电源供电。
结束语
随着生产装置的控制水平不断提高，及装置长周期运行，以前不突出的新问题不断涌现，只有通过不断的学习研究，不断的总结经验，将一个个隐患消除，才能保证装置安稳长运行。
参考文献
1、段善旭 康勇 陈坚 《UPS模块化电源系统并联控制策略分析》
2、梅兰日兰 《UPS实例分析及其运行维护》
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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