梁川川

(洛陽(yáng)煉化宏達(dá)實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司，河南 洛陽(yáng) 471012)

DCS控制系統(tǒng)電源供電方案可靠性分析

梁川川

(洛陽(yáng)煉化宏達(dá)實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司，河南 洛陽(yáng) 471012)

結(jié)合某石化企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)幾種DCS控制系統(tǒng)電源供電方案進(jìn)行了分析探討，提出了相關(guān)建議和注意事項(xiàng)。通過(guò)分析，雙電源雙UPS供電B方案，是供電質(zhì)量最穩(wěn)定、可靠性最高的方案。

DCS控制系統(tǒng)；電源；可靠性

0 前言

隨著石化行業(yè)自動(dòng)化程度的提高，基于微處理器和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的DCS系統(tǒng)對(duì)電源的連續(xù)性要求很高。UPS(不間斷電源)因其具有較好的不間斷供電可靠性，自然而然便成為了DCS系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。然而即使UPS本身有著很高的供電可靠性，由于其大部分設(shè)備都是由電子器件組成，可控硅晶體管、大規(guī)模集成電路、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、電容等器件的壽命無(wú)法通過(guò)一般的檢測(cè)手段檢測(cè)出，且各DCS廠家對(duì)系統(tǒng)電源硬件設(shè)計(jì)要求也不同[1]。由于這些因素，不得不考慮由于UPS故障或設(shè)計(jì)缺陷引起的意外停電事故。

近些年來(lái)，由于UPS故障停電或設(shè)計(jì)缺陷造成裝置停車的情況也有發(fā)生，例如某石化企業(yè)10 000 m3/h空分裝置在一次電源切換過(guò)程中，由于進(jìn)線電源單一并且UPS電池組故障導(dǎo)致裝置意外停車。因此提高DCS系統(tǒng)供電的可靠性應(yīng)該引起足夠的重視。本文結(jié)合某石化企業(yè)供電方式和DCS系統(tǒng)供電方案中存在的問(wèn)題，提出一些改進(jìn)建議，希望為提高DCS系統(tǒng)供電可靠性提供可借鑒的策略和思路。

1 5種DCS系統(tǒng)電源供電方案分析

1.1 單電源單UPS供電方案

某石化企業(yè)10 000 m3/h空分裝置和利時(shí)DCS控制系統(tǒng)電源采用的就是這種供電方案。供電原理如圖1所示。

圖1 供電方案示意圖

來(lái)自10 000 m3/h低壓配電室Ⅰ段電源的220 V電源通過(guò)兩個(gè)并聯(lián)的斷路器一路直接給DCS供電，另一路通過(guò)UPS給DCS供電，DCS機(jī)柜內(nèi)的電源轉(zhuǎn)換分配裝置把220 V交流電轉(zhuǎn)換成DCS需要的24 V和5 V直流電。這種供電方式有以下特點(diǎn)：①采用兩路交流電供電，任何一路故障，系統(tǒng)仍然能夠正常工作，即使兩路都失效，UPS將蓄電池直流電逆變成220 V交流電繼續(xù)向系統(tǒng)供電，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。②電源轉(zhuǎn)換分配裝置是采用兩個(gè)互為冗余的電源適配器對(duì)DCS控制站機(jī)籠供電，電源轉(zhuǎn)換分配裝置將220 V交流電轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的24 V和5 V直流電以保證主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I/O卡件、安全柵及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行。如果一個(gè)電源轉(zhuǎn)換分配裝置出現(xiàn)問(wèn)題，另一個(gè)仍能保證機(jī)籠各部件的正常運(yùn)行。③只采用一個(gè)UPS即可保證DCS供電的可靠性，投資少，并且可隨時(shí)對(duì)UPS進(jìn)行維護(hù)，檢修。

該裝置自建成開(kāi)工以來(lái)，一直平穩(wěn)運(yùn)行，沒(méi)有發(fā)生DCS突然失電導(dǎo)致停車的事故。但在一次計(jì)劃停電中，為保證DCS系統(tǒng)在10 kV停電后仍能正常進(jìn)行監(jiān)控運(yùn)行，作業(yè)人員在進(jìn)行臨時(shí)線接線作業(yè)時(shí)，因?yàn)閁PS的蓄電能力的下降，切斷為UPS和直接進(jìn)DCS的220 V交流電電源后，UPS蓄電池放電時(shí)間小于作業(yè)時(shí)間，導(dǎo)致裝置意外停車，造成較大損失。故該種供電方式存在不穩(wěn)定因素，建議將進(jìn)線電源增加一路來(lái)自6 kV配電系統(tǒng)的220 V交流電。在使用中應(yīng)注意一下幾點(diǎn)：①為UPS和直接進(jìn)DCS的220 V交流電必須是真正意義上的兩路電源，互不影響。②保持UPS工作環(huán)境的清潔，防止灰塵進(jìn)入機(jī)箱損壞元器件。同時(shí)保證UPS主機(jī)工作環(huán)境的溫度和濕度，溫度應(yīng)保持在20～25 ℃，濕度應(yīng)保持在50%左右。③UPS應(yīng)在3～6個(gè)月內(nèi)進(jìn)行一次充放電實(shí)驗(yàn)，同時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢查蓄電池外觀是否有變形或漏液，電池正負(fù)極是否氧化，接線端子是否松動(dòng)，散熱風(fēng)扇是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，電池充電電壓是否在規(guī)定范圍內(nèi)。

1.2 雙電源單UPS供電A方案

雙電源單UPS供電A方案原理如圖2所示。

圖2 雙電源單UPS供電A方案示意圖

某石化企業(yè)10萬(wàn)t/a MTBE和2萬(wàn)t/a異丁烯聯(lián)合裝置中使用的就是這種供電方式。雙電源自動(dòng)切換箱利用兩個(gè)接觸器互相自鎖的方式自動(dòng)選擇可靠的Ⅰ段或Ⅱ段電源，為UPS和DCS系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換柜提供電源。與上面單電源單UPS相同，這種供電方式的前提是DCS廠家電源轉(zhuǎn)換分配柜是冗余配置的。區(qū)別是這種供電方式無(wú)論在任何情況下都是由Ⅰ段或者Ⅱ段電源單獨(dú)為UPS和DCS提供220 V交流電源。

這種供電方式的特點(diǎn)是：①無(wú)論Ⅰ段或者Ⅱ段電源失電，由雙電源切換箱輸出的220 V交流對(duì)UPS和直接進(jìn)電源轉(zhuǎn)換分配柜的電源不受影響，兩個(gè)冗余電源適配器不受影響，整個(gè)系統(tǒng)仍能夠正常運(yùn)行，不會(huì)損失系統(tǒng)的任何一部分功能。②當(dāng)UPS處于故障或檢修狀態(tài)時(shí)，如果雙電源切換箱動(dòng)作，利用兩個(gè)接觸器互鎖的裝置切換電源時(shí)間不能滿足DCS系統(tǒng)要求的不斷電時(shí)間。在檢修時(shí)應(yīng)注意考慮這方面影響。

1.3 雙電源單UPS供電B方案

雙電源單UPS供電B方案原理如圖3所示。

圖3 雙電源單UPS供電B方案示意圖

這種供電方式主要是應(yīng)用在只有一個(gè)電源適配器的控制系統(tǒng)中，正常工作時(shí)，雙電源切換箱輸出UPS常用電源，UPS故障或者檢修情況下輸出市電備用電源，雙電源切換箱輸出電源直接接在控制系統(tǒng)的電源適配器上，所以要選擇切換時(shí)間越小越好的雙電源切換箱，例如某石化企業(yè)循環(huán)水裝置是用愛(ài)默生 ASCO系列自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)。切換時(shí)間控制在50毫秒以下，這種供電方式的優(yōu)點(diǎn)在于既會(huì)在UPS出現(xiàn)故障時(shí)可以臨時(shí)退出，又能方便整個(gè)UPS系統(tǒng)的檢修，可以放心大膽地進(jìn)行檢修和維護(hù)。

在使用這種供電方式時(shí)，要注意以下幾個(gè)方面：①選用質(zhì)量好、切換迅速可靠的的雙電源切換箱，切換時(shí)間可以控制在秒毫級(jí)的。②在平時(shí)運(yùn)行中加強(qiáng)檢查，嚴(yán)密監(jiān)控雙電源切換箱和UPS的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并排除。

1.4 雙電源雙UPS電源供電A方案

雙電源雙UPS電源供電A方案原理如圖4所示。

圖4 雙電源雙UPS電源A方案示意圖

某石化企業(yè)5萬(wàn)t/a乙酸仲丁酯裝置的中控DCS系統(tǒng)采用的就是這種供電方式。來(lái)自建宏線的10 kV高壓電經(jīng)兩臺(tái)變壓器將電壓轉(zhuǎn)換為400 V電壓后在低壓配電室分為兩段，即Ⅰ段電源和Ⅱ段電源。該兩段電源分別向兩個(gè)型號(hào)相同，輸出頻率相同的1#UPS和2#UPS單獨(dú)供電。兩個(gè)UPS的輸出分別進(jìn)入中控DCS電源轉(zhuǎn)換柜。電源轉(zhuǎn)換柜的所有輸出匯聚在一條母線上，為控制站、操作站等DCS設(shè)備供電。

這種供電方式的優(yōu)點(diǎn)在于進(jìn)入電源轉(zhuǎn)換柜的兩路電源相互獨(dú)立，并且兩段電源都經(jīng)過(guò)UPS穩(wěn)壓，輸出電源質(zhì)量較為可靠。無(wú)論哪段UPS電源出現(xiàn)故障都不會(huì)影響DCS系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如果1#、2#UPS同時(shí)發(fā)生故障，對(duì)DCS系統(tǒng)的供電也會(huì)造成影響，但UPS本身是具有非常高的可靠性，可以認(rèn)為兩個(gè)UPS同時(shí)發(fā)生故障的幾乎不存在。

該裝置自2015年開(kāi)工以來(lái)，DCS控制供電系統(tǒng)一直穩(wěn)定運(yùn)行，從未發(fā)生故障，但也有不穩(wěn)定因素。例如：來(lái)自Ⅰ段、Ⅱ段的電源從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，其實(shí)還是一路電源，如果來(lái)自建宏線的10 kV電源停電時(shí)間超過(guò)兩臺(tái)UPS的放電時(shí)間，將會(huì)造成DCS失電，操作人員將不能及時(shí)監(jiān)控到裝置的各種狀態(tài)，因此建議將1#、2#UPS電源進(jìn)線換為真正意義上的兩路供電，即一臺(tái)UPS電源進(jìn)線保持不變，將另一臺(tái)UPS電源進(jìn)線改為廠區(qū)6 kV供電系統(tǒng)。另外當(dāng)一路電源停電檢修時(shí)，互為冗余的兩個(gè)電源適配器將有一臺(tái)不能工作，同時(shí)也增加了另一臺(tái)電源適配器的工作負(fù)荷。

1.5 雙電源雙UPS電源供電B方案

雙電源雙UPS供電B方案原理如圖5所示。

圖5 雙電源雙USP供電B方案原理圖

該種供電方式與雙電源雙UPS供電A方案相比，增加了一個(gè)用于自動(dòng)切換Ⅰ、Ⅱ段電源的動(dòng)力切換箱，該自動(dòng)切換箱是利用兩個(gè)接觸器互相連鎖的方式實(shí)現(xiàn)雙電源的自動(dòng)切換過(guò)程，無(wú)論哪段電源失電都能保證有一段電源始終保持在閉合狀態(tài)，這樣保證無(wú)論哪段電源處于檢修或故障狀態(tài)都能使兩臺(tái)UPS處于熱備用狀態(tài)。該方案在某石化企業(yè)12萬(wàn)t/a液態(tài)烴分離裝置，10萬(wàn)t/a萃取裝置，10萬(wàn)t/a C4裂解裝置中都有應(yīng)用。

在使用中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：①Ⅰ、Ⅱ段電源必須是真正意義上的雙電源，即必須保證任何時(shí)候一路出現(xiàn)故障或檢修，另一路都保持供電狀態(tài)。②雙電源切換箱接觸器，斷路器要選擇質(zhì)量好的，動(dòng)作可靠的，確保一路電源斷開(kāi)時(shí)，另一路能及時(shí)可靠地切換。③在日常使用中加強(qiáng)巡檢，及時(shí)監(jiān)控雙電源切換箱的運(yùn)行狀態(tài)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并排除。

2 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)對(duì)以上列舉的5種供電方式進(jìn)行分析，可得出如下結(jié)論：①單電源單UPS供電方案，系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，投資少，但供電可靠性相對(duì)較低。②雙電源單UPS供電A方案，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，也做到了雙電源的冗余，任何一路電源故障都不會(huì)增加互為冗余的電源適配器的負(fù)荷，但應(yīng)注意，當(dāng)UPS故障或檢修時(shí)，對(duì)Ⅰ、Ⅱ段供電的質(zhì)量要求較高，不能出現(xiàn)雙電源切換裝置出現(xiàn)動(dòng)作的現(xiàn)象。其供電穩(wěn)定性是單UPS供電方案里較為可靠的。③雙電源單UPS供電B方案，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，是針對(duì)DCS系統(tǒng)只有一臺(tái)電源適配器時(shí)適用，當(dāng)任何一路電源故障時(shí)，其供電可靠性取決雙電源切換箱的可靠性。④雙電源雙UPS供電A方案，與單UPS供電方案相比，大大提高了DCS的供電可靠性，但作為互相備用冗余，其UPS的容量必須相應(yīng)增加，這樣才能夠在任何一路電源失電時(shí)，另一路能夠承受滿負(fù)載運(yùn)行。相應(yīng)地，這種供電方案投資較高。⑤雙電源雙UPS供電B方案，其可靠性是這幾種供電方案中最高的，利用兩個(gè)接觸器互鎖的雙電源切換裝置成本不高，并且在任何一路電源失電的情況下，都能保證其兩個(gè)電源適配器都能夠互為熱備用狀態(tài)。

因此，建議在選擇DCS系統(tǒng)供電方案時(shí)，盡量考慮選擇雙電源雙UPS供電B方案，這種供電方案供電質(zhì)量較好，可靠性最高。

[1] 雷寧博,劉麗麗.優(yōu)化UPS運(yùn)行方式,提高DCS供電可靠性[J].儀器儀表用戶,2010(5):82-83.

高效膜法讓揮發(fā)性有機(jī)物變廢為寶

揮發(fā)性有機(jī)物廣泛存在于日常生活中，如加油站的汽油味、裝修時(shí)的油漆味等，它們是霧霾和光化學(xué)煙霧等嚴(yán)重大氣污染的罪魁禍?zhǔn)字弧５珦]發(fā)性有機(jī)物同時(shí)又是重要的化工原料，是可以廢物利用的“寶貝”。近日大連理工大學(xué)賀高紅教授團(tuán)隊(duì)摘得第45屆日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明展特別嘉許金獎(jiǎng)，其專利項(xiàng)目“高效膜法回收揮發(fā)性有機(jī)物”創(chuàng)新性地使用多技術(shù)集成耦合工藝，實(shí)現(xiàn)了揮發(fā)性有機(jī)物高效率、高能效回收。

賀高紅教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的多技術(shù)集成耦合工藝，將膜分離、透平膨脹制冷、淺冷和精餾等多技術(shù)梯級(jí)耦合集成，通過(guò)技術(shù)互補(bǔ)，提高了污染控制的覆蓋范圍。同時(shí)，該技術(shù)解決了膨脹制冷機(jī)進(jìn)料的重組分夾帶問(wèn)題，使膨脹機(jī)能夠穩(wěn)定工作，持續(xù)補(bǔ)充高效膜法回收揮發(fā)性有機(jī)物的重要目標(biāo)——輕烴增收所需的冷量，實(shí)現(xiàn)了低成本、低能耗的輕烴綜合增收，輕烴回收率高于90%，回收能耗降低20%以上。

據(jù)了解，相關(guān)技術(shù)已在中石化、中石油等30多個(gè)項(xiàng)目成功應(yīng)用，投資回收期均少于1年，每年為國(guó)家產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益5億元。

2017-01-21

梁川川(1991-)，男，助理工程師，從事石化企業(yè)電氣儀表設(shè)備安裝維修及技術(shù)管理工作，電話：0379-66991778。

TQ050.2

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