控制系统及现场仪表的供电方案设计

    1　引　言

    石油化工企业生产特点是高温、高压、易燃、易爆,生产工艺对自动化水平要求越来越高,随着现代控制技术的进步和工业生产的发展,分散控制系统(DCS)和各种先进、可靠的现场仪表得到广泛应用。因此需要有一个与此相适应的供电系统来支撑这个系统的安全可靠运行。石油化工装置中DCS及现场仪表供电大部分属于一级负荷中特别重要负荷,需采用不间断电源(UPS)。笔者在实际设计工作中发现,虽然UPS可使电源的安全可靠性得到大大提高,但在现场使用中仍然存在一些问题,UPS工作的过程是正常时由市电经整流器/逆变器后给DCS及现场仪表供电,只有当外供电发生故障时,UPS自动切换到电池组供电,且切换时间可做到无扰动切换。但当UPS的控制器发生故障时,则无法进行正确切换及稳定供电。对于大中型装置DCS及现场仪表供电可以采用冗余UPS,但中小型装置DCS及现场仪表供电如采用冗余UPS,则投资较多。那么能否在设计时就考虑采用其他方式供电来解决既能提高供电可靠性又不增加投资?

    下面就UPS工作方式、UPS结构及DCS供电结构进行分析^[1]。

    2　单路UPS供电

    单路UPS供电,UPS由一路市电供给,典型UPS供电原理如图1所示。这种供电方式主要在中小系统上应用较多。这种设计的问题在于把所有的负载加在一个UPS上,当UPS电源故障时,才切换至市电,这种设计存在风险集中问题。

    2.1　正常运行

    市电供电正常,整流器输出直流同时向电池组充电及向逆变器供电,逆变器将直流转换成交流,通过逆变器输出静态开关向负载供电。

    在正常运行状态下,不论内部或外部故障的产生,UPS都会自动转换电池或旁路运行模式。

    2.2　电池运行

    停电后UPS是依靠电池储能供电给负载的,标准性UPS本身机内自带电池,在停电后一般可继续供电几分钟至几十分钟,供电时间的长短取决于电池组的容量。此时整流器无直流输出,电池组向逆变器供电,逆变器将电池组供给的直流电转换成交流电通过逆变器输出静态开关供电给负载。

     2.3　旁路运行

    整流器处于正常工作状态,继续电池组充电,负载通过旁路静态开关切换到静态旁路由市电供电。

    2.4　维修旁路运行

    维修旁路是在维护和维修时,直接从市电供电给负载,这时UPS与负载电路是完全断开的。

    虽然UPS采用了先进的静态开关技术,保证在切换过程中毫无间断。但是由于UPS控制电路及各种元器件部分故障,都无法保证电源正确切换与可靠运行,一旦电源发生故障,则导致停车事故发生。另UPS种类繁多,除了主流厂家之外,还有很多小厂家产品,良莠不齐,UPS的使用和维护状况由于种种原因,效果不太理想。由此产生“N+1”的供电方式以解决UPS自身不稳定所带来的不安全因素。