硅谷杂志：石油化工电气仪表安全供电系统探讨 |
| 2012-08-30 10:52 作者：刘易国 来源：硅谷网 HV： 编辑：GuiGu 【搜索试试】
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硅谷网8月30日消息 《硅谷》杂志2012年第14期刊文称，在分析安全供电在石油化工仪表测控系统中的重要性后，对石油化工仪表供电系统的特点进行简单的归纳总结，并对石油化工仪表供电现状安全隐患进行分析。最后，结合自我多年实践工作经验，对石油化工测控仪表安全可靠供电系统的优化改进方案进行详细探讨。
石油化工产品在生产过程中存在高温、高压、易燃、易爆等特点，其对生产工艺自动化控制可靠性、安全性等均要求非常高。在计算机技术、现代控制技术、传感器技术等进一步发展好多年的当今，分散测控系统（DCS）和各种高精确度、高可靠性的现场智能自动化仪表在石油化工生产中得到广泛的应用，在很大程度上提高了石化产品生产的安全可靠性。但大量先进精密测控仪器仪表在石化生产工艺中的可靠应用，需有一个功能特性与此相匹配的安全可靠供电系统来支撑所有测控仪表系统的安全可靠、节能经济的高效稳定运行。石油化工生产工艺中DCS及现场精密仪表设备，其供电均属于一级负荷中尤其重要的负荷，为了提高其运行安全可靠性，需要采用不间断电源（UPS）等供电电源。但在实际生产中，很多设备系统依然存在供电安全隐患，笔者将结合自我多年实践工作经验，对提高石油化工电气仪表安全供电水平的技术措施进行探讨，以期与同行人员共同探讨[1]。
1石油化工仪表供电系统的特点
1.1供电负荷类型
在石油化工工艺中，按照其测控类型和功能，大致可以分为以下多种用电系统和仪表设备，即：
1）整个生产工艺的DCS分散测控系统；
2）安全监测SIS仪表测控系统；
3）现场精密的温度仪、压力表、流量仪、行程仪、在线分析测量仪、操控执行元件、电磁阀、压力变送器等；
4）生产工艺中的中央集控操作站、工程师站、以及各类辅助测控的外围仪表设备等；
5）现地PLC控制器、电控阀、以及其它使用220VAC交流电源供电的仪表设备等；
6）各类质量监测仪、分析仪等。
1.2测控仪表系统供电特点
1）DCS分散测控系统，是石化产品生产工艺中仪表设备系统控制的中枢神经，为确保DCS分散测控系统在运行过程中具有较高安全可靠性，这类仪表测控系统在研发过程中已充分考虑到单回路供电存在的不可靠性，在其内部结构中均配置了双回路不同电源同时亏电的冗余供电电源回路。这些设备系统内部的冗余电源配置方式，要求在实际使用过程中必须采用二回路电源进行同时供电，即在任何运行工况条件下只要不存在二回供电电源回路同时出现断电现象，则设备系统依然能够高效稳定的运行。
2）安全监测SIS仪表测控系统，与DCS系统一样，均全部采用双回不同电源冗余配置方式。
3）很多现场测量仪器仪表在使用过程中，通常对供电电源瞬间的波动不会产生较大影响，但对于参与联锁运行的现场监测仪表变送器而言，可能会导致信号的瞬时消失，而引起联锁控制系统的误动或拒动。因此，为了确保仪表信号采集的实时准确可靠性，在仪表供电电源规划时，推荐采用双电源并联供电方式，以提高现场仪表的供电安全可靠性。
4）现地PLC控制、电控阀、以及其它使用220VAC交流电源供电的仪表系统，如参与了安全保护或紧急停车等操控保护功能时，应采取双电源冗余配置方式，其它在自身出现供
2石油化工仪表供电现状安全隐患分析
一些石油化工企业其仪表系统供电电源主要采用220VAC、110VAC、以及24V三个电压等级，其中220VAC交流电源由单UPS（不间断电源）进行供电，然后经一个低压断路器进行控制后，形成若干分支回路分别经AC/DC转化器、变压器等产生110VAC和24VDC电源供给对应的仪表负荷。石油化工仪表常见不安全供电方案，如图1所示：
图1石油化工仪表常见不安全供电方案
从图1可知，此种供电模式下，测控仪器仪表设备系统的安全性和可靠性得到有效保证，首先对于需要经24VDC直流电源供电的直流仪表系统，其电源系统没有按照要求采用冗余配置模式；其次，将DCS系统、PLC系统等需要双路电源供电的仪表系统，没有按照要求采用不同的双电源回路进行供电，而是偏面为了仪表系统能够工作，从分支线路上直接并联出两个电源回路进行供电，这样可能在断路器、UPS电源出现故障，以及市电发生中断时，双供电电源回路同时短路，没有真正体现DCS系统、PLC系统电源冗余电源配置任何情况下双电源回路不能同时中断的本质。因此，对于供电安全可靠性要求非常高的石油化工测控仪表系统而言，要从优化设计、安装调试、运行维护等环节入手，在充分考虑各种可能引起供电安全隐患因素的基础上，采取相应的防护该机措施，隔离安全隐患，避免供电安全事故发生，确保石油化工生产安全可靠、节能经济的高效稳定进行[2]。
3石油化工测控仪表供电系统优化改进方案
3.1DCS、PLC等双路供电仪表系统的电源冗余配置方案
由于DCS、PLC、SIS等测控仪表系统，是整个石油化工生产工艺中仪表控制核心，对其供电的安全可靠性要求非常高。而控制站是DCS、PLC、SIS等测控系统最为重要的控制单元，在正常情况下只要控制站其供电电源处于正常运行工况，即便其他组成单元出现短时间断电也不会给生产仪表装置带来较大的影响。因此，采取有效措施保证控制站的供电安全可靠性，在很大程度上就能保证生产仪表装置在实际运行过程中不会出现较大的安全事故。由于控制站在整个测控仪表系统中的重要性，在优化改进过程中，对其所有关键部分的供电均采取冗余+容错控制方式。因此，控制站的冗余电源系统按照两个来源不同且独立的电源，只要其中任一供电回路供电正常，则整个仪表测控系统中很多关键性单元就会具有较高运行安全可靠性。控制站双电源冗余+容错供电模式，如图2所示：
图2DCS、PLC、SIS等测控仪表系统冗余+容错供电模式
3.2直流供电仪表电源冗余配置方案
在石油化工生产工艺中，直流电源主要给24VDC直流仪表设备进行供电。为了确保直流仪表供电的安全可靠性，采用不同电源供电的2台24VDC直流稳压电源并联进行供电，同时在每个电源输出端正极均外加一个大功率解耦二极管将实现两个不同电源间的隔离。2台24VDC直流稳压电源，其电源输入均来自不同两路独立的220VAC交流UPS电源或一路来自UPS电源另一路来自市电。采用两路不同电源回路进行供电，结合AC/DC整流电路和大功率解耦二极管，这就实现了直流仪表供电的冗余配置，其具体配置方案如图3所示：
图3直流仪表并联冗余电源供电方案
此种冗余电源供电方案，较为简单、经济地实现了直流仪表电源冗余可靠安全供电，确保仪表运行的安全可靠性。
3.3单路220V交流供电仪表系统电源配置方案
对于生产工艺中的压力、流量、位移、在线分析仪、以及一些小型独立PLC控制系统而言，其供电可靠性重要程度相对高DCS系统、PLC系统、控制站等要偏低，且其出现短暂断电，对整个石油化工生产工艺不会带来巨大影响。因此，从技术、经济等角度出发，认为采取市电单路电源进行供电就可以满足仪表用电需求。单路电源最经济、较可靠的供电方案。
在供电方案中配置了STS（静态转换开关）后，整个供电系统的供电安全可靠性要远高于UPS不间断电源系统。同时此种供电方案中，一旦UPS电源出现故障时，STS转换开关会在内部电路闭锁控制下自动将电源切到市电中，由市电经隔离、稳压电路进行供电，便于在不停电提高仪表供电安全可靠性的基础上，对UPS电源进行抢修维修。
4结束语
综上所述，在石油化工产品生产工艺仪表供电系统优化改进过程中，需要根据生产装置设备的供电特点，从用电负荷类型和安全生产技术要求等诸多方面，结合技术、经济等进行综合考虑，有针对性的采取不用的供电配置方案，确保生产工艺测控仪表系统安全可靠、节能经济的高效稳定运行。（原文载于《硅谷》杂志2012年第14期，硅谷网及《硅谷》杂志版权所有，未经允许禁止转载） |
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