炼油化工仪表系统供电方式改进与应用

李康福(茂名石化分公司动力厂 广东省 茂名市 525011)

一、仪表系统上游供电方式构成、存在问题以及改进方法

1.仪表系统上游的供电方式构成

目前炼化装置仪表系统主要是大型的DCS、ESD或PLC等系统，其由UPS供电，其输出电源品质平稳，同时在外电丢失情况下，电池组能保持短时间（一般30分钟）供电。

UPS构成：

（1）整流器，其把交流电源转变成直流电源，并对电池组充电；

（2）逆变器将直流电源转变成平稳交流电源；

（3）电池组由若干个电池串联起来，当UPS输入电源丢失时，电池自动向仪表负载供电；

（4）静态开关是一种可控硅开关，输入I、II路电源可以互相进行无扰动切换，对仪表负载连续供电；

UPS工作原理：

（1）外电（电源II）正常时，合上维修旁路电源开关K1，仪表系统正常供电；

（2）合上电源开关K2，合上负载输出开关K4；

（3）合上电源I开关K3，整流器正常工作，合上电池开关，电池组开始充电；

（4）断开维修旁路开关K1，启动逆变器，静态开关自动把仪表负载改为由逆变器供电；

（5）UPS正常时由主线（整流器、电池组、变器）供电，主线出现故障时，UPS由静态开关自动切换至备用电源供电，以确保电源II不间断向仪表负载供电。

2.UPS在使用过程中存在问题

（1）部分UPS主机工作需要电池组启动，主要表现在：

UPS主机在启动或正常工作，需要电池启动或电池电压在正常范围内，当电池组内出现漏液，内阻增大，电池组失效，外电晃电后恢复时主机不能启动，UPS没有输出。

（2）部分UPS只有一路电源输入（电源I）：

因电池会容易老化，活性不好，电池失效，外电晃电时，UPS会瞬间失电，风险很大。

（3）大部分UPS内部只有硬旁路或软旁路，没有系统外维修旁路，当UPS出现电子旁路故障、逆变器故障或电路板出现烧崩，因没有外维修旁路，不能整机外移维修，只能在装置全停时才进行检修。

3.改进的方法以及效果

（1）更换需要电池组启动主机UPS，新UPS采用两路供电方式，且两路输入电源来自不同母线上，提高系统供电安全性和可靠性。

（2）UPS串联/并联

UPS串联，其中一台（主机）输出供仪表系统供电，另一台（备机）输出作为主机备用电源。这种供电方式，主机一直给仪表系统供电，正常情况下，备机一直处于备用状态，不利于备机电池组充放电，电池组寿命会缩短，当主机出现故障时，备机也不起备用，仪表系统会出现毁灭性事故。UPS并联，两台UPS同时给仪表负载供电，每台UPS负责50%负载供电，当一台UPS出现故障时，另一台UPS要对仪表系统100%负载供电，这种供电方式中，当任何一台UPS出现故障时，仪表系统供电都不会出现中断，效果理想，它要求两台UPS输出频率是一至，成本比较高，这两种方式企业比较少采用。

（3）对UPS增加外硬旁路

在UPS外面增加硬旁路开关，当UPS出现软故障需要外移处理时，把其切至电子旁路供电，然后合上旁路开关，断开UPS输出开关，UPS可以外移处理，过程中仪表系统供电不中断；如果UPS出现毁灭性故障（烧崩），把UPS输出开关断开，合上旁路开关，仪表系统短时间失电，损失降最低，UPS增加外硬旁路开关，方便UPS维修，同时在UPS系统中增加电池检测功能，提示电池的运行情况。

二、仪表系统供电方式

目前仪表系统供电方式，包括仪表系统、二次仪表和现场仪表供电。仪表系统包括DCS、ESD和PLC等，其对供电中断时间有严格要求，一般不允许超过100毫秒。相当多控制系统都具有电源冗余设置，因此系统供电方式上基本采用两路或三路电源供电，具体有UPS+GPS电源、UPS1+UPS2、UPS1+UPS2+GPS电源方式。

1.存在问题

（1）UPS+GPS电源方式，满足系统两路供电，稳定性高，但有些特殊仪表如505调速器或203超速保护器采用单220VAC供电，当UPS或GPS电源出现故障时，可能会引起机组或装置波动；

（2）UPS1+UPS2方式；系统中机柜照明或风扇使用UPS电源，会对UPS电源品质影响；

2.目前规范的设计要求

由于炼化装置安全生产、经济效益和环保要求，对仪表系统供电要求更加严格，尽量减少供电方式对装置安全生产带来影响。主要内容包括有：

（1）重要控制系统（DCS、ESD、PLC）有冗余电源设置，满足两路供电要求，机柜内照明、风扇采用市电供电；UPS1+UPS2+GPS电源方式是目前比较规范设计供电方式，任何一路电源出现故障，都不会引起系统波动，同时对机柜内照明、风扇采用市电，更确保UPS电源稳定性。特别强调建议网络交换机采用两路电源供电，如福克斯波罗DCS系统A4/C5交换机，增加一路直流电源确保系统网络安全。

（2）直流电源系统电源模块数量尽量为偶数，分别由不同交流系统供电，且每一组直流电源模块负荷不要超过50%；另可以使用N+1直流电源系统，但有的要求输入电源相位相同，否则直流电源系统内切换时模块会损坏。不论哪一种供电方式，把直流电源报警信号引至DCS作报警记录，或者在直流模块输出端接带指示灯继电器，方便日常检查。在一些自配电厂装置中，可以设计用直流110VDC转24VDC和交流380VAC转24VDC构成直流系统，可以增加仪表直流系统稳定性。

（3）交流双电源切换开关应用；切换开关切换时间要根据设备性能需求确定，一些只参与测量重要仪表或电动阀等，瞬间失电影响不大，可采用切换时间比较宽切换开关；如果是操作站主机电源、正常带电联锁电磁阀等，其对切换时间要求短，否则影响设备正常运行，则要求切换开关时间满足设备的正常要求，且品质保证；

结束语

仪表系统供电稳定性，对系统安全、稳定生产相当重要，在设计和维护要与电气专业沟通协调，不要因为上游不稳定性影响系统稳定性，同时在考虑系统外设备配置时，要考虑其供电稳定性和通用性，或根据设备供电特殊性，考虑其供电方式，确保整套系统稳定性和可靠性。

[1]《炼油化工仪表自动化培训教材》编写组安全仪表控制系统（SIS）中国石化出版社2009，11.

[2]刘少慧.浅析UPS不间断电源的原理及维护[J].福建电脑.2011(04).