石油化工大型装置仪表电源系统设计分析

王轩

【摘 要】在社会经济进步的推动下，石油化工工业获得了快速发展。在发展过程中，石油化工工业的装置呈现出了连续化与规模化发展趋势，装置自动化水平越来越高。在石油化工工业中存在着数量众多的电动仪表，为提高生产效率及质量发挥着重要作用。而仪表电源系统则属于生产装置自动控制仪表的动力与基础，进行仪表电源系统设计，并采取安全性措施，可以提高仪表电源系统的可靠性与安全性，避免生产事故，从而为石油化工企业收获良好的经济效益社会效益。

【关键词】石油化工；大型装置；仪表电源系统；设计

0 前言

在企业中，存在着成千上万的电动仪表，为企业生产与安全提供了保障。电动仪表的基础与动力是仪表电源系统，进行仪表电源系统的设计与优化，从而确保电源系统的稳定性，维护工作人员人身安全，杜绝安全事故。本文设计仪表电源系统，主要从仪表电源系统的交流部分与直流部分进行设计，并对仪表电源系统进行优化，降低安全事故发生率。

1 石油化工大型装置仪表电源系统设计

石油化工大型装置仪表电源系统主要包含交流电源系统与直流电源系统两部分，本文从这两个方面，进行仪表电源系统设计工作。

1.1 交流电源系统设计分析

在石油化工大型生产装置运行过程中，如一旦出现工作电源中断现象，则会对企业连续生产工艺造成严重破坏，并造成十分严重的经济损失，加上恢复供电负荷后，重新运行大中型生产装置需要较长的时间，从而加重了经济损失。为减少企业损失，确保在电源系统出现异常时，工作人员能够有较多的时间将生产装置安全停止，就需要在石油化工装置中配备UPS系统，即不间断电源系统，在不间断电源系统没有输入电源的情况下，可以确保三十分钟以上的连续供电。除了出现电网断电情况外，在UPS系统中也会出现了一些故障，引起仪表断电，从而造成装置停车问题。

1.1.1 交流电源系统架构

在大型装置中应用的DCS系统与SIS系统运行十分稳定，其平均无故障时间在上百万小时以上，而单台的UPS运行稳定性较差，平均无故障时间在二十万小时以下，加上UPS厂家所生产的产品质量存在着较大差异，所应用的环境不同，从而导致在实际应用中UPS电源的可靠性较低。这也就导致了单台的UPS电源难以满足大型生产装置的自动化仪表对电源系统所提出的要求。为此，提出建立两台UPS系统来增加电源可靠性，两台UPS系统的系统架构方式主要分为串联、并联与独立运行三种。通过实践证明，将两台UPS系统串联，串联后两台UPS系统是单台UPS独立运行的3倍左右；将两台UPS系统并联后，其MTBF值达到了单台UPS独立运行时的5.5倍之多；如果选择两台UPS系统独立运行，采取单机双网的方式运行，可以让UPS系统与DCS系统与SIS系统处于相等的数量级上。石油化工大型装置多要求仪表电源系统具备较高的稳定性与安全性，为此交流电源系统的设计选择使用两台UPS系统独立运行的方式，并增加1独立电源。

而三路220VAC交流电源之间是相互独立的，其中两路UPS主要为直流稳压电源、DCS、SIS、PLC等仪表系统供电，一旦某一路UPS出现电源故障导致断电时，并不会对另外一路的UPS供电电源系统造成影响，从而不会影响到整个仪表系统。在交流电源系统架构设计时采取这种结构，其最大的优势就是确保了在单路电源系统出现断电故障时不会造成生产装置停车的现象，并为电气维修人员进行UPS系统维修带来了便利，其缺陷在于，实现这种架构，需要两台UPS系统，投资成本较高。

1.1.2 UPS的选型及其他注意事项

确保交流电源系统运行的安全性与稳定性，UPS系统的选型是关键。在进行UPS选型时，需要综合考虑其类型、品牌、容量与服务等因素。根据石油化工企业对生产装置的稳定性要求、投资金额的多少、生产装置负载总和值等来确定。在设计交流电源系统时，还需要注意以下几点事项：将交流电源系统的故障状态与DCS系统或是与SIS系统相连并执行报警动作，方便电源系统的故障分析；针对无法进行双电源多组功能负载的装置，需要设计为交流供电方式，确保其中一路UPS发生故障后，不会对整个负载产生影响；在雷击多发区，需要充分考虑到防雷因素，选择适用的防雷浪涌保护器安装于UPS输入端等。

1.2 直流电源系统设计

在石油化工大型装置的自动化控制方面，采取220V交流电源的主要系统包括机组状态监测系统、DCS系统、SIS系统与PLC系统等，除此之外，控制室中辅助仪表与其他现场的仪表，多是应用的是24V直流电源，尤其是在联锁系统中采取的是直流电源系统，因此，直流电源系统的设计，也对整个生产装置与仪表系统的安全发挥着重要影响。

1.2.1 直流电源系统构架分析

在进行设计直流电源系统构架时，需要综合考虑电源系统的性能指标与供电模式，包括系统的可靠性与安全性、可维修性等。其中性能指标指的是系统的安装方式、安全保护、输出电压、EMC认证等；根据石油化工装置的规模与自动化水平，确定用电负荷所采取的是集中供电方式还是分散供电方式；确保电源系统的可靠性与安全性是电源系统设计的主要目的；在装置生产过程中有时会强调其连续性，这时候电源系统的可维修性就显得十分重要。为确保电源系统的稳定性与安全性及可维修性，在设计直流电源系统构架时，采取2：2的冗余方式，并将N+1模块冗余结构应用于每路电源之中。

而两路直流电源系统中都应用了N+1个电源模块，并因此形成N+1的冗余系统。如果在双回路交流供电中，出现某一路外部供应的交流电源故障，导致断电，并不会影响直流供电系统，电源柜中的24V直流电源系统可以正常供电，确保仪表系统的稳定性。由于采取冗余方式，即使是同时在一路UPS与直流电源中的一块电源模块中出现故障，直流电源系统依然可以稳定供电。

1.2.2 直流电源系统架构设计注意事项

采取冗余方式设计直流电源系统架构，需要注意以下几点事项：直流稳压电源模块单元本身存在自动均流的功能；为确保供电单元分担负载电流，需要通过并联均流的方式优化整个供电系统性能；将电源模块系统状态与DCS系统或PLC系统相串联等。

2 石油化工大型装置仪表电源系统优化

在石油化工仪表电源系统维护过程中，容易出现维护人员触电身亡的安全事故，造成人员伤亡与经济损失。优化仪表电源系统，减少安全事故势在必行。触电事故主要是由危险电源的不慎接地所引起的。由于仪表系统采取的是220VAC危险电源，为此，需要安装隔离变压器浮空向仪表系统供电，从而让危险电源对地不会生产危险电位，从而降低触电事故等。从设计出发，保证仪表安装质量，确保工作人员安全。

3 结语

随着时代的发展，石油化工工业的装置逐渐向连续化、规模化发展，其装置自动化水平不断提高。石油化工工业中存在着成千上万的电动仪表，在提高企业生产质量与效率等方面发挥着极为重要的作用。而仪表电源系统则是电动仪表的动力与基础，通过对仪表电源系统的设计与优化，可以确保企业生产过程的稳定性与安全性，降低安全事故，最终收获良好的经济效益与社会效益。

【参考文献】

[1]吴国良.生产装置过程控制仪表电源供电系统（UPS）管理的几点见解[J].自动化博览，2010，05：50-54.

[2]侯文斌.优化配置石油化工生产装置DCS的UPS电源[J].电气应用，2010，14：30-33.

[3]徐伟清.浅述石化生产装置仪表控制工程设计[J].中国仪器仪表，2010，S1：33-35+39.

[责任编辑：王伟平]