石油化工电气仪表安全供电系统探讨

张霄芳

（中石化石油工程设计有限公司,山东 东营 257026）

0 引言

石油化工产品的生产环境具有高温高压、易燃易爆的特点，对生产工艺自动化控制的安全性和可靠性要求极高。随着科学技术地不断发展，各种自动化、高精确度、安全性好的电气仪表在石油化工生产中有着广泛应用，极大地提高了生产的安全性，进而促进生产效率地提升。但是，随着各种自动化仪表地应用，需要一个功能完善、运行稳定可靠、安全节能的供电系统来确保一系列仪表的运作安全性。但在实际生产中一些设备系统仍存在供电安全的隐患，如何消除隐患，提高供电系统的安全性、稳定性和可靠性，是一个值得探讨的重要课题。

1 石油化工电气仪表供电系统的特点

1.1 石油化工供电类型

在石油化工生产过程中，按照生产工艺的控制功能和类型，主要包括：1）DCS分散测控系统；2）安全监测的SIS仪表控制系统；3）生产现场的温度仪表、压力器、流量仪器、行程仪器、压力变送器等；4）生产中的中央操控站、各种辅助性监测仪表等；5）电控阀、PLC控制器及其他220V供电压的仪表设备。

1.2 各测控仪表系统供电的特性

生产中各种测控仪表的系统供电特性均存在差异，包括：

1）DCS分散控制系统。该系统是石油化工生产过程中最为重要的仪表设备控制系统，被称为系统控制的中枢神经。为保证该系统安全、可靠运行，该类型的仪表控制系统在研发中就考虑其单回路供电的不可靠性，而在这些仪表内均设置双回路不同电源供电。这些仪表设备系统内部的冗余电源设置形式，要求在实际运行中必须应用双回路电源同时供电，在断电时仍可正常稳定运行，极大提高了供电的安全性和稳定性。

2）SIS仪表安全监控系统。该系统和上文的DCS系统是一致的，同样采用双回路冗余配置电源，并配备双电源的调整设备，以确保供电安全和稳定。

3）当供电电源出现暂时性波动时，对生产现场的仪表影响不是很大，比如：温度表、压力变送器等。但是，对于参与联锁运转现场的监测仪表变送器来说会造成很大的影响，比如：轴移位、振动等信号会产生较大的波动，进而影响到联锁控制系统的误动或者拒动[1]。所以，为确保现场相关仪表信号采集的准确性和有效性，通常情况下对相关仪表的电源设置成双电源并联式供电，以确保系统供电的安全稳定。

4）PLC控制、控制阀及其他220V AC交流电源供电的仪表系统，在参与安全保护设备时，可采取双电源冗余配置，提高供电安全性和稳定性，以保证仪表的安全运行。其他电气仪表系统的附属设备通常采用单回路电源供电。

2 石油化工仪表供电系统存在的安全隐患

当前，石油化工的仪表供电系统一般采用220V AC、24V DC两种电压级别，其中220V AC交流电源由UPS来供电，再经低压断路器控制处理后，形成诸多分支回路分别通过AC/DC转化器或变压器等设备输出24V DC和110V AC的电源，向相应仪表提供电力负荷。在石油化工仪表中常见的不安全隐患比如照明、散热风扇等，石油化工仪表中常见的不安全供电系统构造如图1。

图1 石油化工仪表中常见的不安全供电系统构造Fig.1 Instrument common insecurity in power supply system for petrochemical construction

从图1可以看出，该种供电系统，测控仪器和仪表设备系统运行安全性和可靠性得到一定的保障，但是存在安全隐患，主要是：1）对需要经过24V DC的直流供电的直流式仪表未按照标准和要求配置冗余电源；2）DCS系统、PLC系统等需要采取双回路电源的仪表并未应用双回路电源供电，而仅仅在分支线路上配置并联两个电源，以对回路进行供电，当出现断路器开启、UPS电源发生故障、非主观断电等情况时，电气仪表会形成闭合式供电线路，进而引起短路；3）当照明、风扇等设备的供电短路时，会导致整个供电系统发生断电。所以，为提高石油化工仪表供电系统的安全性和可靠性，必须做好优化设计、安装调试、维护等方面的工作，采取积极有效的防护措施，消除安全隐患，避免供电事件的发生，保证石油化工生产的安全、稳定。

3 提升石油化工电气仪表安全供电体系安全性的对策

3.1 提升总电源的安全性和可靠性

提升整个石油化工仪表供电系统安全性和可靠性的重要基础就是要有一个安全可靠的总电源。所以，石化企业应该选择性能稳定、质量硬，且在10kVA以上的市电电源，以向生产过程中的各种自动化仪表提供电力支持。另外，还应采用市电供电和UPS的正常、稳定供电两种形式，以实现并行供电，强化整个石油化工电气仪表供电系统的安全与稳定[2]。特别强调的是，供电系统厂家还应科学有效地核算断路器容量。

3.2 优化双回路电气仪表的供电系统

DCS分散控制系统、SIS仪表监控系统及PLC系统均为石油化工自动化生产过程中最为核心的系统，对于整个生产系统的安全可靠供电具有很高的要求，所以对这些仪表系统的供电安全性要有足够的重视。在正常情况下，只需要保证控制站供电电源的正常稳定运行，一般不会对生产性仪表产生很大的影响。由于控制站在整个生产测控系统中是最为重要和关键的，所以在优化和改进过程中，应该对其所有关键元器件的供电都采用冗余联合容错控制模式。所以，控制站的冗余电源系统应严格设置两个独立电源，以确保其中任何一路出现故障不能正常运行情况下，另一路可正常供电，如此可确保整个仪表测控系统中诸多重要性仪表的正常稳定运行。

3.3 优化配置直流供电仪表的冗余电源

在石油化工生产系统中，直流电源主要为24V DC的直流仪表提供电力支持。要确保直流仪表供电系统的安全性，应该采取不同电源供电的两台24V DC直流稳压电源进行并联式供电，同时还应该在每个直流电源输出端的正极上增加一个大功率的二极管，以此分开两个不同电源。两台24V DC直流稳压电源，其电源均来自两个不同的220V AC交流UPS电源，或者市电和UPS电源同时供电，这就实现了良好的冗余电源设置[3]。该模式设计和操作都较为简便，兼顾了经济性、安全性和可靠性。

3.4 优化单项220V AC供电仪表的电源配置

在石油化工生产过程中，一些仪器仪表对供电系统的要求不高，即使出现暂时性断电，也不会对整个化工自动化生产系统产生很大的影响，比如：压力表、温度器等。所以，为了整个供电系统的优化，可直接应用220V AC的城市电网来完成供电，以节约企业的生产成本，提高生产经济效益。不管是从经济方面考虑，还是从技术安全性考虑，此类模式具有很强的可实施性。在供电模式中配置STS后，整个电气仪表供电系统的安全稳定性均要比UPS电源要好。另外，在该种模式中，如果UPS电源发生故障，则STS会在内部电路闭锁控制状态下自动切换到市电供电，并经市电分开、稳压电路来实现正常供电，这也极大方便了在不断电确保电气仪表的供电安全性基础上，对UPS电源进行检修。

3.5 优化照明、风扇等设备配电

在系统供电回路的设计中，可将照明、风扇等设备采用市电单独供电。可以避免发生因此类辅助设备供电回路短路而产生的整个系统运行故障。

4 结语

随着石油化工业的发展和进步，在石化生产过程中的各种自动化控制化系统还会不断更新、扩大，形成集中、统一的的电气仪表测控系统。总之，为了确保石油化工生产各种电气仪表的正常、安全、稳定运行，保证石化生产的安全与稳定，必须提高和确保电气仪表供电系统的安全与可靠。在优化和改进过程中，应该根据企业生产的实际情况、各种生产设备仪表的供电特性，从供电负荷、安全生产等方面，结合供电技术、经济性，采取科学合理的供电配置模式，确保生产系统中所有电气仪表的安全性、经济性，最终实现石化生产经济效益和社会效益的最大化。

[1]刘易国.石油化工电气仪表安全供电系统探讨[J].硅谷,2012,7(23):187-188.

[2]陈飚.探索化工仪表安全供电系统[J].科技风,2014,11(7):89.

[3]王绍则,韩剑,程隆,等.石油化工电气仪表安全供电系统探讨[J].中国高新技术企业,2013,271(28):68-69.