許鑄平

(中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司研究院，遼寧 遼陽 111003)

一次DCS系統(tǒng)電源停電事故引起的思考

許鑄平

(中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司研究院，遼寧 遼陽 111003)

DCS系統(tǒng)是生產(chǎn)裝置中的關(guān)鍵設(shè)備。通過一起因DCS供電電源故障引起的生產(chǎn)事故，進(jìn)行了電源缺陷分析，并提出電源改進(jìn)措施，確保DCS電源的安全性和可靠性，保證DCS系統(tǒng)長期安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

DCS系統(tǒng)；不間斷電源；裝置工藝；停電事故

0 引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，DCS(Distribution Control System，分散控制系統(tǒng))系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。DCS系統(tǒng)作為生產(chǎn)線的控制核心，它的安全平穩(wěn)運(yùn)行是生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行的保證，而DCS系統(tǒng)電源的安全、可靠又是DCS系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)。

1 DCS系統(tǒng)電源情況

某單位有1套聚酯生產(chǎn)裝置，該裝置采用DCS系統(tǒng)控制。按照設(shè)計(jì)，裝置中安裝了1臺(tái)40 kVA、輸入輸出電壓都為380 V的UPS(Uninterruptible Power Supply，不間斷電源)。該UPS同時(shí)為裝置內(nèi)變頻器等電氣設(shè)備提供110 V交流控制電源以及為DCS系統(tǒng)24 V直流電源整流柜提供電源。

可控硅整流裝置將來自UPS的三相交流電整流成24 V直流電后供給DCS系統(tǒng)，作為DCS系統(tǒng)的I/O電源，電源系統(tǒng)電路如圖1所示。圖1中的380 V交流電源即來自UPS。

2 事故現(xiàn)象及處理

在裝置正常運(yùn)行時(shí)，控制室操作人員突然觀察到DCS顯示器中控制狀態(tài)異常?，F(xiàn)場(chǎng)工藝操作人員回饋現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)設(shè)備停止運(yùn)行。電氣專業(yè)人員檢查電力系統(tǒng)供電正常，電機(jī)控制盤處于停止運(yùn)行狀態(tài)；動(dòng)力電源輸入電壓正常，控制抽屜輸出端電壓為0；所有變頻器輸入動(dòng)力電源電壓正常，輸出電壓為0；變頻器的指示面板顯示變頻器正常停車。

分析上述現(xiàn)象，認(rèn)為DCS系統(tǒng)停機(jī)可能是造成大面積停車的原因。儀表專業(yè)人員到達(dá)DCS機(jī)柜室檢查后，發(fā)現(xiàn)所有DCS盤無輸入直流電壓。電氣專業(yè)人員繼續(xù)檢查UPS和DCS直流整流柜，發(fā)現(xiàn)UPS系統(tǒng)運(yùn)行正常，DCS直流整流柜輸入電壓正常，輸出電壓為0。

圖1 24 V直流電源系統(tǒng)電路

由此判斷DCS直流24 V電源系統(tǒng)發(fā)生了故障。對(duì)直流柜進(jìn)行詳細(xì)檢查后，發(fā)現(xiàn)整流變壓器(T1)已經(jīng)損壞。更換整流變壓器后投入運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

在電氣和儀表專業(yè)人員檢查、處理的過程中，裝置工藝系統(tǒng)中產(chǎn)生了大量的廢料，同時(shí)部分物料在管線及設(shè)備中滯留，導(dǎo)致裝置出現(xiàn)問題。

3 事故分析

作為裝置中最關(guān)鍵的設(shè)備，DCS系統(tǒng)電源需要UPS保障安全。但是，根據(jù)圖1的電路可看出：DCS系統(tǒng)的電源并不由UPS直接供給，而是由1套整流裝置供給，且直流電源的整流裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有監(jiān)測(cè)單元、故障指示及防雷措施，存在安全隱患。具體分析有以下幾個(gè)問題。

(1) 系統(tǒng)不是冗余設(shè)計(jì)，只有1套整流系統(tǒng)，一旦整流系統(tǒng)中有元件發(fā)生故障，DCS系統(tǒng)供電即中斷。

(2) 在運(yùn)行中，系統(tǒng)中所有元件均不能進(jìn)行熱更換。一旦有主要元件損壞，都需停電進(jìn)行處理，且處理時(shí)間較長。

(3) 系統(tǒng)中沒有后備電池組及自動(dòng)切換系統(tǒng)，在整流裝置內(nèi)部元件發(fā)生故障時(shí)，不能及時(shí)提供不間斷電源。

(4) 系統(tǒng)內(nèi)部沒有防雷設(shè)施，有可能受雷電干擾產(chǎn)生瞬間高壓，造成電源系統(tǒng)本身的損害而引起停電事故。

(5) 系統(tǒng)沒有完善的故障監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)，因此不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。

綜合分析后判定，圖1所示的DCS電源系統(tǒng)不能為DCS系統(tǒng)提供安全可靠的電源，應(yīng)當(dāng)對(duì)該電源系統(tǒng)進(jìn)行改造。

4 總結(jié)與建議

DCS系統(tǒng)電源本身應(yīng)是安全、穩(wěn)定和完善的系統(tǒng)，除具有整流功能外，系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)考慮本身故障情況下的供電連續(xù)性，以及便于維修及必要的故障報(bào)警指示等。針對(duì)以上問題，對(duì)DCS的I/O電源提出如下改造建議。

4.1 輸入電源及配出回路

(1) 外界供電條件。作為DCS系統(tǒng)的電源應(yīng)適應(yīng)供電電壓的合理波動(dòng)。為了提高DCS系統(tǒng)電源的安全性，DCS系統(tǒng)電源的輸入電源最好由UPS提供。

(2) 配出要求。直流系統(tǒng)電源的容量應(yīng)預(yù)留合理余量，為日后擴(kuò)容以及維修創(chuàng)造條件。所有配出回路要經(jīng)過容量匹配的配出開關(guān)后接到輸出端子排上，且開關(guān)和端子排的質(zhì)量要可靠。

4.2 交流供電部分

交流供電部分應(yīng)采用雙通道。正常運(yùn)行時(shí)，由其中的一個(gè)通道供電；當(dāng)此通道出現(xiàn)問題時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)為另一個(gè)通道供電，且有相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。

4.3 整流部分

(1) 整流部分應(yīng)使用高頻開關(guān)，其效率高，輸出精度高，電磁干擾小，更換方便。

(2) 直流系統(tǒng)的電源模塊必須冗余配置。這樣可保證DCS系統(tǒng)組件其中1塊損壞，不會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行。

模塊輸出電流與負(fù)荷及電池組匹配合理，當(dāng)某工作模塊損壞時(shí)，損壞的模塊要能在運(yùn)行狀態(tài)下插、拔更換。

(3) 模塊間電流平衡輸出。模塊間電流不平衡度控制在3 %以內(nèi)。

(4) 模塊自身應(yīng)有電流和電壓保護(hù)。輸入的過壓保護(hù)和欠壓保護(hù)可自動(dòng)恢復(fù)，輸出配有欠壓和過壓保護(hù)，保護(hù)點(diǎn)監(jiān)控單元可以調(diào)節(jié)。

4.4 監(jiān)控部分

整流裝置應(yīng)設(shè)監(jiān)控部分，并采用冗余設(shè)計(jì)。正常時(shí)由主監(jiān)控機(jī)控制，當(dāng)主監(jiān)控機(jī)出現(xiàn)問題時(shí)，副監(jiān)控機(jī)自動(dòng)投入工作，并自動(dòng)診斷故障報(bào)警。

(1) 監(jiān)控部分應(yīng)具備電池管理功能，包括：自動(dòng)均浮充、充電限流、浮充溫度補(bǔ)償、二次下電、在線電池放電測(cè)試、電池容量計(jì)算。

監(jiān)控部分應(yīng)具備控制功能，包括：整流模塊開關(guān)機(jī)、整流模塊限流、整流模塊電壓調(diào)節(jié)、電池組均/浮充轉(zhuǎn)換、二次下電/電池保護(hù)。

(2) 電源系統(tǒng)中設(shè)有故障信息儲(chǔ)存單元，存儲(chǔ)單元能夠存儲(chǔ)足夠的故障信息。設(shè)備報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)包含以下告警及指示信息。

① 交流量。包括交流輸入空氣開關(guān)跳閘、防雷器故障、交流輸入過壓、交流輸入欠壓、交流停電、通道轉(zhuǎn)換等。

② 直流量。包括直流過壓、直流欠壓、母線絕緣監(jiān)察、電池組過溫、電池保護(hù)、輸出支路斷、電池組支路斷、電池組充電過流等。

③ 模塊。包括模塊保護(hù)、模塊故障、模塊通信中斷等。

④ 控制。包括系統(tǒng)測(cè)量故障，監(jiān)控故障等。

4.5 電池組部分

電源系統(tǒng)的輸出應(yīng)配有蓄電池組，即使在交流全部停電或系統(tǒng)內(nèi)任何其他部分出現(xiàn)問題造成整流元件無輸出的情況下，也能保證DCS系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間，為檢修和工藝處理贏得時(shí)間。

4.6 系統(tǒng)防雷

直流電源系統(tǒng)的內(nèi)部要有防雷電路或防雷模塊，防雷部件要安全可靠，防止因雷電引起內(nèi)部過電壓而損毀系統(tǒng)。

1 劉養(yǎng)炯，趙化勇．提高DCS電源的供電可靠性的對(duì)策[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，17(1)：55-58.

2 董 飛，艾則提．熱控儀表及DCS系統(tǒng)遭受雷擊的分析與防范[J]．電力安全技術(shù)，2011，13(1)：62-63．

3 白會(huì)賢，牛玉廣，劉吉臻．DCS電源供電系統(tǒng)的可靠性定量分析[J]．自動(dòng)化儀表，2009，30(7)：19-21．

2016-09-27。

許鑄平(1971-)，男，工程師，主要從事機(jī)械、電氣設(shè)備管理等工作，email：xuzp@petrochina.com.cn。