大型火力发电厂DCS公用系统远程IO电源系统优化

王飞

摘 要：本文介绍了ABB DCS远程I/O存在的电源隐患，提出了简便有效的解决措施，彻底消除了远程I/O机柜断电的重大安全事故，提高了热工设备电源可靠性。对其他电厂有借鉴意义。

关键词：远程柜；远程I/O；电源；逆变器

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2013）-12-0195-01

一、引言

大唐贵州发耳发电有限公司1、2号机组使用北京ABB公司smyphonyDCS控制系统，对于离主厂房较远的循泵房使用远程I/O柜来控制，通过光纤通讯接入主机DCS环网。一般DCS系统控制机柜均采用两路电源冗余电源供电，一路来自保安段，另一路来自UPS，两路电源均比较可靠。但因远程柜离主厂房比较远，无法接入该两路电源，一般就近选择两路MCC电源接入即可。大唐贵州发耳发电有限公司1、2号机组循泵房远程I/O柜即采用上述方法，利用就地两路MCC电源为循泵房远程I/O柜供电。为了提高电源可靠性，在投产初期，热控人员为其中第二路电源增加了UPS装置，即两路电源均正常时，第二路电源为UPS充电，若两路电源均丧失，UPS自动输出电源承担负荷。UPS采用3000Ah的容量。

经过五年多的生产运行，2012年5月12日，循泵房就地需增加临时水泵抽水，热机部人员请电气人员在循泵房MCC上取电，使用临时水泵，但因水泵有接地现象，造成循泵房MCC上级开关跳闸，两路MCC同时失电，循泵房远程I/O柜失去电源，DCS画面循泵房设备瞬间同时变紫，两台机组的四台循泵失去监视和控制，对1、2号机组安全运行造成重大威胁。随即查明原因，UPS经多年运行已老化，已不具备供电能力，后解除临时水泵接线，恢复电源后正常。本次事件彻底暴露出远程I/O柜的电源存在巨大安全隐患，增加UPS装置不能彻底解决问题。

二、设备概况

大唐贵州发耳发电有限公司1、2号机组循泵房远程I/O柜原来电源供电图如下：

在原电源配置中，因UPS装置经过五年运行后已老化，已无法在无供电情况下为远程I/O柜提供电源。所以在该配置下，相当于两路就地MCC电源为循泵房远程I/O供电。而两路MCC电源来源相同，实质上为同一电源，即发生设备故障时，两路电源会同时消失。所以要解决循泵房远程I/O柜电源存在的安全隐患必须引入另一路可靠的电源。

三、解决方案

因循泵房远离主厂房，若像主机DCS机柜一样从保安段、UPS取电，一方面电缆过长，施工困难，另一方面因距离远，压降太大。但是就地附近无可用的可靠性非常高的电源。距离最近的是化学水处理系统的电气专业直流屏，为220V直流电源，距离约为200米，DCS需要220V交流电源。因此设计电源配置图如下：

在如上电源配置中，循泵房远程柜第一路电源为原来的MCC电源1，保持不变。第二路电源为逆变器输出电源。而逆变器的输入端采用两路电源，一路来自原来MCC电源2，一路来自新加的化水直流屏直流电源。在此电源系统中，正常情况下，MCC电源2和直流电源为逆变器提供电源，MCC电源2在逆变器中经过旁路输出，直流电源经逆变器逆变整流后输出220V交流电源，正常运行中逆变器设置为以MCC电源2为主，走旁路，一旦MCC电源2丧失，立即切换为直流逆变后的电源输出。该电源为远程柜的第二路电源。正常情况下，DCS远程I/O柜第一路电源和第二路电源同時供电，各带50%的负荷。

因化水直流电源来自化水PC段电源，经蓄电池后输出220V直流电源，即使PC段失电，蓄电池仍旧能为设备供电，非常可靠。但化水直流电源距离循泵房远程I/O柜约200多米，根据线路电压降计算公式：△U=（P*L）/（A*S）

其中：P为线路负荷L为线路长度A为导体材质系数（铜大概为77，铝大概为46）S为电缆截面。在温度=20°C时，铜的电阻系数为0.0175欧姆*平方毫米/米在温度=75°C时，铜的电阻系数为0.0217欧姆*平方毫米/米。一般情况下电阻系数随温度变化而变化，在一定温度下导线的电阻=导线的长度*导线的电阻系数/导线的载面积。

据实际测量远程I/O柜负载电流不足5A，按照5A计算，L距离按照200米计算，因为使用铜芯电缆，所以导体材质系数按照77计算，若使用10平方毫米电缆，线路电压降为1.29V，若选用16平方毫米的电缆线路电压降为0.8V，而化水直流电源电压227VDC，下降0.8V不影响为远程I/O柜供电，因此选用16平方毫米电缆进行施工比较合适。

四、项目实施及试验

根据前面设计方案，大唐贵州发耳发电有限公司热工人员制定技改方案，将1、2号机组循泵房相关设备切为就地，拔出远程柜中DO卡件，敷设电缆，增加逆变器，对远程I/O柜电源系统进行了改造工作。检查接线、电阻、绝缘合格后全部送电。电源切换试验方法如下：

4.1检查三路电源均正常，已送电情况下，将MCC电源1断开，检查远程I/O模件状态、DCS画面显示，查看趋势，是否存在异常。经试验，均正常。通过本步骤，可以证明远程I/O柜在仅第二路电源供电时，不影响设备运行与控制。

4.2在上步骤基础上，断开化水直流电源，检查远程I/O模件状态、DCS画面显示，查看趋势，是否存在异常。经试验，均正常。通过本步骤，可以证明仅MCC电源2供电时，不影响设备运行与控制。

4.3在上步骤基础上，送上化水直流电源后，断开MCC电源2，检查远程I/O模件状态、DCS画面显示，查看趋势，是否存在异常。经试验，均正常。通过本步骤，可以证明逆变器输入端MCC电源2丧失后，可以无扰动无延时切换为直流逆变输出，不影响设备运行与控制。经测量此时逆变器输入端直流电压，显示值为225VDC，说明选用敷设的电缆满足要求，线路压降很小。

4.4在上一步骤基础上，送上MCC电源1，断开逆变器输入端的MCC电源2和化水直流电源，检查远程I/O模件状态、DCS画面显示，查看趋势，是否存在异常。经试验，均正常。本步骤证明远程I/O柜在仅第一路电源供电时不影响设备运行。

4.5将三路电源送上，试验结束。

通过电源切换试验，证明本次改造非常成功，彻底消除了远程I/O柜电源系统存在的安全隐患，提高了设备可靠性。

五、结束语

热控设备电源的可靠性是重中之重，一般DCS控制系统或大型PLC控制站都要将远离主厂房或主控站的的循泵房、空压机房、燃油泵房、煤仓间等通过远程I/O站的方式进行远程控制。而远程I/O柜的电源来源普遍都从就地就近取电，这就造成远程I/O柜电源可靠性下降，存在安全隐患，一定条件下，就会发生设备失控事故，严重时会导致机组非停或其他设备事故。

大唐贵州发耳发电有限公司按照本文方案将1、2号机组公用系统循泵房远程I/O控制柜电源进线改造，彻底消除了电源系统不可靠的安全隐患，保证了机组的安全性。值得其他电厂借鉴。