多晶硅厂DCS失电故障原因分析及应对措施

张玉泉

摘 要：DCS系统对多晶硅厂稳定可靠的生产起着非常重要的作用，但有时DCS系统的故障发生也给多晶硅生产带来一些问题甚至造成重大损失，比如DCS的失电故障，造成管道设备的局部或全部停车，错误的处理还会给设备造成损坏，带来二次损害，甚至对操作人员带来伤害，严重情况可能对工厂带来巨大的危害。所以我们根据DCS常见失电故障原因进行了分析，提出了DCS的配电方式和对不间断供电电源UPS的工作电源、旁路电源、直流电源、均设置失电报警功能等措施。

关键词：多晶硅；DCS；失电

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.213

0 引言

多晶硅厂的反应器及相关管道设备的长期安全稳定运行并生产出合格多晶硅的必要条件就是需要一个持续稳定可靠的DCS系统。DCS系统中最重要也最容易出现问题的有2个方面：接地和电源。由于接地和电源方面对DCS系统能否持续稳定运行有着至关重要的作用。根据设计院的设计和厂家的要求，给DCS供电的电源是由市电先经过UPS稳压送出后到达DCS电源柜，当发生市电中断或过度失压时，UPS能够在10ms内开始给DCS系统进行持续供电约为1小时，保证DCS系统能够正常工作，同时也能对现场的仪表进行供电。可是因为设计和硬件集成时可能存在一些问题，或者UPS设备本身质量问题等，使多晶硅厂在正常生产中因DCS失电故障造成紧急停车，给工厂造成很大损失。

1 DCS失电故障原因

（1）DCS电源柜分路失电。DCS电源柜中的一路出线开关跳开，导致DCS机柜中部分的元件失电，系统部分仪表参数反馈不正常，控制阀FO开启，FC关闭。比如：反应器冷却水换热前52℃的温度无显示，换热旁路阀门关闭，换热后去反应器的43℃上水温度无显示，换热器出口端阀门打开，导致反应器冷却水温度过高而造成反应器全部停炉。经过检修人员进行检查并没有找到短路或者接地的情况发生，闭合后系统恢复正常运行。

出线开关跳闸的原因一般是线路过载、线路短路或有接地发生，只要任何一个分支线路接地而分支保护没有及时动作（例如熔断器），就可能导致总开关过载跳开，因此需要仔细核查从总节点到分支节点的相应接线是否正确，绝缘是否良好。

认真研究DCS系统的电源柜的系统接线图，发现DCS厂家设计的总电源是双路冗余电源，而所有的分支出线电源都是单路，任何分支单电源发生接地或者短路，分路的空气开关就会自动跳闸，DCS系统部分就失去控制。

（2）UPS发生故障国。反应器正常运行过程中，UPS发生故障，导致DCS系统失电，DCS电源柜全部原件失电，现场所有自动阀处于事故安全状态，控制阀FO阀自动打开，控制阀FC自动关闭。一般规定，UPS切换时间为10 ms，DCS 系统要求小于20 ms。这说明UPS 发生故障重启时的输出切换时间超过了DCS系统要求。分析故障原因，主要是UPS 的本身问题。厂家对UPS系统做了全面检查测试并更换了控制电路板。完成控制电路板更换和控制软件的升级之后，对UPS的做了性能验收测试。通过测试软件，模拟UPS发生故障，观察是否自动旁路；摘除UPS逆变器的熔断器，使UPS 处在旁路工作状态，重启UPS，利用示波器观察UPS的输出波形，观看有无中断的现象。

2 DCS失电的应对

由于现代化生产系统的复杂性和自动化程度的不断提高，导致DCS系统越来与复杂。DCS 系统失电的故障情况也越来越多。为了防止处理不当而导致事故的扩大，需要制定切实可行的DCS 失电的应急处理预案措施，并定期预演和不断改进完善。

2.1 电源冗余设计

DCS系统应该可靠持续稳定运行，在进行电源容量设计时应保证电源容量，并进行冗余设计，一用一备。在DCS 系统正常工作时，冗余模块则通过充电以实现备用。如此在DCS 正常电源系统失电情况下，备用电源可继续对系统供电，确保DCS 系统不失电，以提高系统的可靠性。

2.2 系统的优化

在进行DCS 电源系统设计时，应充分考虑电源系统自动化水平，充分实现供电的质量监控和远程报警，采用适当的措施如欠压信号报警和保护切换等方式降低故障的发生率。在选择UPS 电源设备时，应充分考虑到UPS 输出的电能应能满足系统供电电压要求。多晶硅生产系统连续运行要求高，停车损失大，因此尽量以双路UPS 电源配置为主。另外应考虑技术先进的在线式UPS 电源设备。当UPS 的供电电源（包括旁路）失电时，UPS 能够使用本身自帶的蓄电池为系统继续提供一定时间的供电，保证系统的正常工作，从而实现争取应急处理时间。

2.3 对DCS 电气部分的管理

应从公司层面重视DCS 系统管理工作，在进行DCS 系统管理时，应制定详细可行的运维管理制度和细则，落实好点巡检，从而能够及时找出系统中存在的安全隐患问题，将故障造成的损坏程度降到最低。此外，要做好对系统的维护工作，对关键的设备或部件如UPS 电源系统、继电保护设备等应定期检测和维护，对备用电源要定期切换试验，从根本上降低DCS系统失电发生率，提高系统的可靠性。最后，制定完善的应急处理预案并定期进行演练，针对系统中出现的不同安全和故障问题，有效应对，并应根据其造成的后果严重程度排定处理次序，从而降低故障影响。

3 结语

DCS 失电故障的预防和处理， 关系着整个多晶硅生产装置的安全可靠运行。虽然DCS系统对多晶硅厂稳定可靠的生产起着非常大的作用，但是，一旦系统出现失电故障，很可能造成给我们的工厂导致严重的财产或经济损失。因此，我们必须从管理、技术着手，确实确保DCS的供电的可靠性。一旦发生失电，我们必须全面排查，认真分析，找到引起故障的根本原因。并在此基础上，进行技术改进和改造， 消除这些隐患；制定可行的预防措施和应急预案，提前发现进行预防，一旦发生能够正确处理应对，从而更可靠地保障装置的安全运行。

参考文献：

[1]王斌，金生祥.DCS失电处理及事故预案[J].华北电力技术，2006（12）.

[2]成志刚.电厂DCS系统存在的问题及解决方案[J].电力安全技术，2008（03）.