大型火力發(fā)電廠DCS公用系統(tǒng)遠(yuǎn)程IO電源系統(tǒng)優(yōu)化

王飛

摘 要：本文介紹了ABB DCS遠(yuǎn)程I/O存在的電源隱患，提出了簡便有效的解決措施，徹底消除了遠(yuǎn)程I/O機(jī)柜斷電的重大安全事故，提高了熱工設(shè)備電源可靠性。對其他電廠有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程柜；遠(yuǎn)程I/O；電源；逆變器

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2013）-12-0195-01

一、引言

大唐貴州發(fā)耳發(fā)電有限公司1、2號機(jī)組使用北京ABB公司smyphonyDCS控制系統(tǒng)，對于離主廠房較遠(yuǎn)的循泵房使用遠(yuǎn)程I/O柜來控制，通過光纖通訊接入主機(jī)DCS環(huán)網(wǎng)。一般DCS系統(tǒng)控制機(jī)柜均采用兩路電源冗余電源供電，一路來自保安段，另一路來自UPS，兩路電源均比較可靠。但因遠(yuǎn)程柜離主廠房比較遠(yuǎn)，無法接入該兩路電源，一般就近選擇兩路MCC電源接入即可。大唐貴州發(fā)耳發(fā)電有限公司1、2號機(jī)組循泵房遠(yuǎn)程I/O柜即采用上述方法，利用就地兩路MCC電源為循泵房遠(yuǎn)程I/O柜供電。為了提高電源可靠性，在投產(chǎn)初期，熱控人員為其中第二路電源增加了UPS裝置，即兩路電源均正常時，第二路電源為UPS充電，若兩路電源均喪失，UPS自動輸出電源承擔(dān)負(fù)荷。UPS采用3000Ah的容量。

經(jīng)過五年多的生產(chǎn)運(yùn)行，2012年5月12日，循泵房就地需增加臨時水泵抽水，熱機(jī)部人員請電氣人員在循泵房MCC上取電，使用臨時水泵，但因水泵有接地現(xiàn)象，造成循泵房MCC上級開關(guān)跳閘，兩路MCC同時失電，循泵房遠(yuǎn)程I/O柜失去電源，DCS畫面循泵房設(shè)備瞬間同時變紫，兩臺機(jī)組的四臺循泵失去監(jiān)視和控制，對1、2號機(jī)組安全運(yùn)行造成重大威脅。隨即查明原因，UPS經(jīng)多年運(yùn)行已老化，已不具備供電能力，后解除臨時水泵接線，恢復(fù)電源后正常。本次事件徹底暴露出遠(yuǎn)程I/O柜的電源存在巨大安全隱患，增加UPS裝置不能徹底解決問題。

二、設(shè)備概況

大唐貴州發(fā)耳發(fā)電有限公司1、2號機(jī)組循泵房遠(yuǎn)程I/O柜原來電源供電圖如下：

在原電源配置中，因UPS裝置經(jīng)過五年運(yùn)行后已老化，已無法在無供電情況下為遠(yuǎn)程I/O柜提供電源。所以在該配置下，相當(dāng)于兩路就地MCC電源為循泵房遠(yuǎn)程I/O供電。而兩路MCC電源來源相同，實(shí)質(zhì)上為同一電源，即發(fā)生設(shè)備故障時，兩路電源會同時消失。所以要解決循泵房遠(yuǎn)程I/O柜電源存在的安全隱患必須引入另一路可靠的電源。

三、解決方案

因循泵房遠(yuǎn)離主廠房，若像主機(jī)DCS機(jī)柜一樣從保安段、UPS取電，一方面電纜過長，施工困難，另一方面因距離遠(yuǎn)，壓降太大。但是就地附近無可用的可靠性非常高的電源。距離最近的是化學(xué)水處理系統(tǒng)的電氣專業(yè)直流屏，為220V直流電源，距離約為200米，DCS需要220V交流電源。因此設(shè)計電源配置圖如下：

在如上電源配置中，循泵房遠(yuǎn)程柜第一路電源為原來的MCC電源1，保持不變。第二路電源為逆變器輸出電源。而逆變器的輸入端采用兩路電源，一路來自原來MCC電源2，一路來自新加的化水直流屏直流電源。在此電源系統(tǒng)中，正常情況下，MCC電源2和直流電源為逆變器提供電源，MCC電源2在逆變器中經(jīng)過旁路輸出，直流電源經(jīng)逆變器逆變整流后輸出220V交流電源，正常運(yùn)行中逆變器設(shè)置為以MCC電源2為主，走旁路，一旦MCC電源2喪失，立即切換為直流逆變后的電源輸出。該電源為遠(yuǎn)程柜的第二路電源。正常情況下，DCS遠(yuǎn)程I/O柜第一路電源和第二路電源同時供電，各帶50%的負(fù)荷。

因化水直流電源來自化水PC段電源，經(jīng)蓄電池后輸出220V直流電源，即使PC段失電，蓄電池仍舊能為設(shè)備供電，非?？煽?。但化水直流電源距離循泵房遠(yuǎn)程I/O柜約200多米，根據(jù)線路電壓降計算公式：△U=（P*L）/（A*S）

其中：P為線路負(fù)荷L為線路長度A為導(dǎo)體材質(zhì)系數(shù)（銅大概為77，鋁大概為46）S為電纜截面。在溫度=20°C時，銅的電阻系數(shù)為0.0175歐姆*平方毫米/米在溫度=75°C時，銅的電阻系數(shù)為0.0217歐姆*平方毫米/米。一般情況下電阻系數(shù)隨溫度變化而變化，在一定溫度下導(dǎo)線的電阻=導(dǎo)線的長度*導(dǎo)線的電阻系數(shù)/導(dǎo)線的載面積。

據(jù)實(shí)際測量遠(yuǎn)程I/O柜負(fù)載電流不足5A，按照5A計算，L距離按照200米計算，因為使用銅芯電纜，所以導(dǎo)體材質(zhì)系數(shù)按照77計算，若使用10平方毫米電纜，線路電壓降為1.29V，若選用16平方毫米的電纜線路電壓降為0.8V，而化水直流電源電壓227VDC，下降0.8V不影響為遠(yuǎn)程I/O柜供電，因此選用16平方毫米電纜進(jìn)行施工比較合適。

四、項目實(shí)施及試驗

根據(jù)前面設(shè)計方案，大唐貴州發(fā)耳發(fā)電有限公司熱工人員制定技改方案，將1、2號機(jī)組循泵房相關(guān)設(shè)備切為就地，拔出遠(yuǎn)程柜中DO卡件，敷設(shè)電纜，增加逆變器，對遠(yuǎn)程I/O柜電源系統(tǒng)進(jìn)行了改造工作。檢查接線、電阻、絕緣合格后全部送電。電源切換試驗方法如下：

4.1檢查三路電源均正常，已送電情況下，將MCC電源1斷開，檢查遠(yuǎn)程I/O模件狀態(tài)、DCS畫面顯示，查看趨勢，是否存在異常。經(jīng)試驗，均正常。通過本步驟，可以證明遠(yuǎn)程I/O柜在僅第二路電源供電時，不影響設(shè)備運(yùn)行與控制。

4.2在上步驟基礎(chǔ)上，斷開化水直流電源，檢查遠(yuǎn)程I/O模件狀態(tài)、DCS畫面顯示，查看趨勢，是否存在異常。經(jīng)試驗，均正常。通過本步驟，可以證明僅MCC電源2供電時，不影響設(shè)備運(yùn)行與控制。

4.3在上步驟基礎(chǔ)上，送上化水直流電源后，斷開MCC電源2，檢查遠(yuǎn)程I/O模件狀態(tài)、DCS畫面顯示，查看趨勢，是否存在異常。經(jīng)試驗，均正常。通過本步驟，可以證明逆變器輸入端MCC電源2喪失后，可以無擾動無延時切換為直流逆變輸出，不影響設(shè)備運(yùn)行與控制。經(jīng)測量此時逆變器輸入端直流電壓，顯示值為225VDC，說明選用敷設(shè)的電纜滿足要求，線路壓降很小。

4.4在上一步驟基礎(chǔ)上，送上MCC電源1，斷開逆變器輸入端的MCC電源2和化水直流電源，檢查遠(yuǎn)程I/O模件狀態(tài)、DCS畫面顯示，查看趨勢，是否存在異常。經(jīng)試驗，均正常。本步驟證明遠(yuǎn)程I/O柜在僅第一路電源供電時不影響設(shè)備運(yùn)行。

4.5將三路電源送上，試驗結(jié)束。

通過電源切換試驗，證明本次改造非常成功，徹底消除了遠(yuǎn)程I/O柜電源系統(tǒng)存在的安全隱患，提高了設(shè)備可靠性。

五、結(jié)束語

熱控設(shè)備電源的可靠性是重中之重，一般DCS控制系統(tǒng)或大型PLC控制站都要將遠(yuǎn)離主廠房或主控站的的循泵房、空壓機(jī)房、燃油泵房、煤倉間等通過遠(yuǎn)程I/O站的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。而遠(yuǎn)程I/O柜的電源來源普遍都從就地就近取電，這就造成遠(yuǎn)程I/O柜電源可靠性下降，存在安全隱患，一定條件下，就會發(fā)生設(shè)備失控事故，嚴(yán)重時會導(dǎo)致機(jī)組非?；蚱渌O(shè)備事故。

大唐貴州發(fā)耳發(fā)電有限公司按照本文方案將1、2號機(jī)組公用系統(tǒng)循泵房遠(yuǎn)程I/O控制柜電源進(jìn)線改造，徹底消除了電源系統(tǒng)不可靠的安全隱患，保證了機(jī)組的安全性。值得其他電廠借鑒。