DCS控制系统电源供电方案可靠性分析

梁川川

(洛阳炼化宏达实业有限责任公司，河南 洛阳 471012)

DCS控制系统电源供电方案可靠性分析

梁川川

(洛阳炼化宏达实业有限责任公司，河南 洛阳 471012)

结合某石化企业生产实际情况，对几种DCS控制系统电源供电方案进行了分析探讨，提出了相关建议和注意事项。通过分析，双电源双UPS供电B方案，是供电质量最稳定、可靠性最高的方案。

DCS控制系统；电源；可靠性

0 前言

随着石化行业自动化程度的提高，基于微处理器和动态存储器的DCS系统对电源的连续性要求很高。UPS(不间断电源)因其具有较好的不间断供电可靠性，自然而然便成为了DCS系统中不可或缺的组成部分。然而即使UPS本身有着很高的供电可靠性，由于其大部分设备都是由电子器件组成，可控硅晶体管、大规模集成电路、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、电容等器件的寿命无法通过一般的检测手段检测出，且各DCS厂家对系统电源硬件设计要求也不同[1]。由于这些因素，不得不考虑由于UPS故障或设计缺陷引起的意外停电事故。

近些年来，由于UPS故障停电或设计缺陷造成装置停车的情况也有发生，例如某石化企业10 000 m3/h空分装置在一次电源切换过程中，由于进线电源单一并且UPS电池组故障导致装置意外停车。因此提高DCS系统供电的可靠性应该引起足够的重视。本文结合某石化企业供电方式和DCS系统供电方案中存在的问题，提出一些改进建议，希望为提高DCS系统供电可靠性提供可借鉴的策略和思路。

1 5种DCS系统电源供电方案分析

1.1 单电源单UPS供电方案

某石化企业10 000 m3/h空分装置和利时DCS控制系统电源采用的就是这种供电方案。供电原理如图1所示。

图1 供电方案示意图

来自10 000 m3/h低压配电室Ⅰ段电源的220 V电源通过两个并联的断路器一路直接给DCS供电，另一路通过UPS给DCS供电，DCS机柜内的电源转换分配装置把220 V交流电转换成DCS需要的24 V和5 V直流电。这种供电方式有以下特点：①采用两路交流电供电，任何一路故障，系统仍然能够正常工作，即使两路都失效，UPS将蓄电池直流电逆变成220 V交流电继续向系统供电，保证系统正常运行。②电源转换分配装置是采用两个互为冗余的电源适配器对DCS控制站机笼供电，电源转换分配装置将220 V交流电转换成相应的24 V和5 V直流电以保证主控卡、数据转发卡、I/O卡件、安全栅及现场设备的正常运行。如果一个电源转换分配装置出现问题，另一个仍能保证机笼各部件的正常运行。③只采用一个UPS即可保证DCS供电的可靠性，投资少，并且可随时对UPS进行维护，检修。

该装置自建成开工以来，一直平稳运行，没有发生DCS突然失电导致停车的事故。但在一次计划停电中，为保证DCS系统在10 kV停电后仍能正常进行监控运行，作业人员在进行临时线接线作业时，因为UPS的蓄电能力的下降，切断为UPS和直接进DCS的220 V交流电电源后，UPS蓄电池放电时间小于作业时间，导致装置意外停车，造成较大损失。故该种供电方式存在不稳定因素，建议将进线电源增加一路来自6 kV配电系统的220 V交流电。在使用中应注意一下几点：①为UPS和直接进DCS的220 V交流电必须是真正意义上的两路电源，互不影响。②保持UPS工作环境的清洁，防止灰尘进入机箱损坏元器件。同时保证UPS主机工作环境的温度和湿度，温度应保持在20～25 ℃，湿度应保持在50%左右。③UPS应在3～6个月内进行一次充放电实验，同时应经常检查蓄电池外观是否有变形或漏液，电池正负极是否氧化，接线端子是否松动，散热风扇是否正常运转，电池充电电压是否在规定范围内。

1.2 双电源单UPS供电A方案

双电源单UPS供电A方案原理如图2所示。

图2 双电源单UPS供电A方案示意图

某石化企业10万t/a MTBE和2万t/a异丁烯联合装置中使用的就是这种供电方式。双电源自动切换箱利用两个接触器互相自锁的方式自动选择可靠的Ⅰ段或Ⅱ段电源，为UPS和DCS系统的电源转换柜提供电源。与上面单电源单UPS相同，这种供电方式的前提是DCS厂家电源转换分配柜是冗余配置的。区别是这种供电方式无论在任何情况下都是由Ⅰ段或者Ⅱ段电源单独为UPS和DCS提供220 V交流电源。

这种供电方式的特点是：①无论Ⅰ段或者Ⅱ段电源失电，由双电源切换箱输出的220 V交流对UPS和直接进电源转换分配柜的电源不受影响，两个冗余电源适配器不受影响，整个系统仍能够正常运行，不会损失系统的任何一部分功能。②当UPS处于故障或检修状态时，如果双电源切换箱动作，利用两个接触器互锁的装置切换电源时间不能满足DCS系统要求的不断电时间。在检修时应注意考虑这方面影响。

1.3 双电源单UPS供电B方案

双电源单UPS供电B方案原理如图3所示。

图3 双电源单UPS供电B方案示意图

这种供电方式主要是应用在只有一个电源适配器的控制系统中，正常工作时，双电源切换箱输出UPS常用电源，UPS故障或者检修情况下输出市电备用电源，双电源切换箱输出电源直接接在控制系统的电源适配器上，所以要选择切换时间越小越好的双电源切换箱，例如某石化企业循环水装置是用爱默生 ASCO系列自动切换开关。切换时间控制在50毫秒以下，这种供电方式的优点在于既会在UPS出现故障时可以临时退出，又能方便整个UPS系统的检修，可以放心大胆地进行检修和维护。

在使用这种供电方式时，要注意以下几个方面：①选用质量好、切换迅速可靠的的双电源切换箱，切换时间可以控制在秒毫级的。②在平时运行中加强检查，严密监控双电源切换箱和UPS的工作状态，及时发现故障并排除。

1.4 双电源双UPS电源供电A方案

双电源双UPS电源供电A方案原理如图4所示。

图4 双电源双UPS电源A方案示意图

某石化企业5万t/a乙酸仲丁酯装置的中控DCS系统采用的就是这种供电方式。来自建宏线的10 kV高压电经两台变压器将电压转换为400 V电压后在低压配电室分为两段，即Ⅰ段电源和Ⅱ段电源。该两段电源分别向两个型号相同，输出频率相同的1#UPS和2#UPS单独供电。两个UPS的输出分别进入中控DCS电源转换柜。电源转换柜的所有输出汇聚在一条母线上，为控制站、操作站等DCS设备供电。

这种供电方式的优点在于进入电源转换柜的两路电源相互独立，并且两段电源都经过UPS稳压，输出电源质量较为可靠。无论哪段UPS电源出现故障都不会影响DCS系统的正常运行。如果1#、2#UPS同时发生故障，对DCS系统的供电也会造成影响，但UPS本身是具有非常高的可靠性，可以认为两个UPS同时发生故障的几乎不存在。

该装置自2015年开工以来，DCS控制供电系统一直稳定运行，从未发生故障，但也有不稳定因素。例如：来自Ⅰ段、Ⅱ段的电源从本质上来说，其实还是一路电源，如果来自建宏线的10 kV电源停电时间超过两台UPS的放电时间，将会造成DCS失电，操作人员将不能及时监控到装置的各种状态，因此建议将1#、2#UPS电源进线换为真正意义上的两路供电，即一台UPS电源进线保持不变，将另一台UPS电源进线改为厂区6 kV供电系统。另外当一路电源停电检修时，互为冗余的两个电源适配器将有一台不能工作，同时也增加了另一台电源适配器的工作负荷。

1.5 双电源双UPS电源供电B方案

双电源双UPS供电B方案原理如图5所示。

图5 双电源双USP供电B方案原理图

该种供电方式与双电源双UPS供电A方案相比，增加了一个用于自动切换Ⅰ、Ⅱ段电源的动力切换箱，该自动切换箱是利用两个接触器互相连锁的方式实现双电源的自动切换过程，无论哪段电源失电都能保证有一段电源始终保持在闭合状态，这样保证无论哪段电源处于检修或故障状态都能使两台UPS处于热备用状态。该方案在某石化企业12万t/a液态烃分离装置，10万t/a萃取装置，10万t/a C4裂解装置中都有应用。

在使用中应注意以下几个方面：①Ⅰ、Ⅱ段电源必须是真正意义上的双电源，即必须保证任何时候一路出现故障或检修，另一路都保持供电状态。②双电源切换箱接触器，断路器要选择质量好的，动作可靠的，确保一路电源断开时，另一路能及时可靠地切换。③在日常使用中加强巡检，及时监控双电源切换箱的运行状态，能够及时发现故障并排除。

2 结语

根据对以上列举的5种供电方式进行分析，可得出如下结论：①单电源单UPS供电方案，系统较简单，投资少，但供电可靠性相对较低。②双电源单UPS供电A方案，系统简单，也做到了双电源的冗余，任何一路电源故障都不会增加互为冗余的电源适配器的负荷，但应注意，当UPS故障或检修时，对Ⅰ、Ⅱ段供电的质量要求较高，不能出现双电源切换装置出现动作的现象。其供电稳定性是单UPS供电方案里较为可靠的。③双电源单UPS供电B方案，系统简单，是针对DCS系统只有一台电源适配器时适用，当任何一路电源故障时，其供电可靠性取决双电源切换箱的可靠性。④双电源双UPS供电A方案，与单UPS供电方案相比，大大提高了DCS的供电可靠性，但作为互相备用冗余，其UPS的容量必须相应增加，这样才能够在任何一路电源失电时，另一路能够承受满负载运行。相应地，这种供电方案投资较高。⑤双电源双UPS供电B方案，其可靠性是这几种供电方案中最高的，利用两个接触器互锁的双电源切换装置成本不高，并且在任何一路电源失电的情况下，都能保证其两个电源适配器都能够互为热备用状态。

因此，建议在选择DCS系统供电方案时，尽量考虑选择双电源双UPS供电B方案，这种供电方案供电质量较好，可靠性最高。

[1] 雷宁博,刘丽丽.优化UPS运行方式,提高DCS供电可靠性[J].仪器仪表用户,2010(5):82-83.

高效膜法让挥发性有机物变废为宝

挥发性有机物广泛存在于日常生活中，如加油站的汽油味、装修时的油漆味等，它们是雾霾和光化学烟雾等严重大气污染的罪魁祸首之一。但挥发性有机物同时又是重要的化工原料，是可以废物利用的“宝贝”。近日大连理工大学贺高红教授团队摘得第45届日内瓦国际发明展特别嘉许金奖，其专利项目“高效膜法回收挥发性有机物”创新性地使用多技术集成耦合工艺，实现了挥发性有机物高效率、高能效回收。

贺高红教授团队开发的多技术集成耦合工艺，将膜分离、透平膨胀制冷、浅冷和精馏等多技术梯级耦合集成，通过技术互补，提高了污染控制的覆盖范围。同时，该技术解决了膨胀制冷机进料的重组分夹带问题，使膨胀机能够稳定工作，持续补充高效膜法回收挥发性有机物的重要目标——轻烃增收所需的冷量，实现了低成本、低能耗的轻烃综合增收，轻烃回收率高于90%，回收能耗降低20%以上。

据了解，相关技术已在中石化、中石油等30多个项目成功应用，投资回收期均少于1年，每年为国家产生经济效益5亿元。

2017-01-21

梁川川(1991-)，男，助理工程师，从事石化企业电气仪表设备安装维修及技术管理工作，电话：0379-66991778。

TQ050.2

B

1003-3467(2017)04-0054-03