石油化工大型裝置儀表電源系統(tǒng)設(shè)計分析

王軒

【摘 要】在社會經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的推動下，石油化工工業(yè)獲得了快速發(fā)展。在發(fā)展過程中，石油化工工業(yè)的裝置呈現(xiàn)出了連續(xù)化與規(guī)?；l(fā)展趨勢，裝置自動化水平越來越高。在石油化工工業(yè)中存在著數(shù)量眾多的電動儀表，為提高生產(chǎn)效率及質(zhì)量發(fā)揮著重要作用。而儀表電源系統(tǒng)則屬于生產(chǎn)裝置自動控制儀表的動力與基礎(chǔ)，進(jìn)行儀表電源系統(tǒng)設(shè)計，并采取安全性措施，可以提高儀表電源系統(tǒng)的可靠性與安全性，避免生產(chǎn)事故，從而為石油化工企業(yè)收獲良好的經(jīng)濟(jì)效益社會效益。

【關(guān)鍵詞】石油化工；大型裝置；儀表電源系統(tǒng)；設(shè)計

0 前言

在企業(yè)中，存在著成千上萬的電動儀表，為企業(yè)生產(chǎn)與安全提供了保障。電動儀表的基礎(chǔ)與動力是儀表電源系統(tǒng)，進(jìn)行儀表電源系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化，從而確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，維護(hù)工作人員人身安全，杜絕安全事故。本文設(shè)計儀表電源系統(tǒng)，主要從儀表電源系統(tǒng)的交流部分與直流部分進(jìn)行設(shè)計，并對儀表電源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，降低安全事故發(fā)生率。

1 石油化工大型裝置儀表電源系統(tǒng)設(shè)計

石油化工大型裝置儀表電源系統(tǒng)主要包含交流電源系統(tǒng)與直流電源系統(tǒng)兩部分，本文從這兩個方面，進(jìn)行儀表電源系統(tǒng)設(shè)計工作。

1.1 交流電源系統(tǒng)設(shè)計分析

在石油化工大型生產(chǎn)裝置運(yùn)行過程中，如一旦出現(xiàn)工作電源中斷現(xiàn)象，則會對企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)工藝造成嚴(yán)重破壞，并造成十分嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，加上恢復(fù)供電負(fù)荷后，重新運(yùn)行大中型生產(chǎn)裝置需要較長的時間，從而加重了經(jīng)濟(jì)損失。為減少企業(yè)損失，確保在電源系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，工作人員能夠有較多的時間將生產(chǎn)裝置安全停止，就需要在石油化工裝置中配備UPS系統(tǒng)，即不間斷電源系統(tǒng)，在不間斷電源系統(tǒng)沒有輸入電源的情況下，可以確保三十分鐘以上的連續(xù)供電。除了出現(xiàn)電網(wǎng)斷電情況外，在UPS系統(tǒng)中也會出現(xiàn)了一些故障，引起儀表斷電，從而造成裝置停車問題。

1.1.1 交流電源系統(tǒng)架構(gòu)

在大型裝置中應(yīng)用的DCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)運(yùn)行十分穩(wěn)定，其平均無故障時間在上百萬小時以上，而單臺的UPS運(yùn)行穩(wěn)定性較差，平均無故障時間在二十萬小時以下，加上UPS廠家所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量存在著較大差異，所應(yīng)用的環(huán)境不同，從而導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中UPS電源的可靠性較低。這也就導(dǎo)致了單臺的UPS電源難以滿足大型生產(chǎn)裝置的自動化儀表對電源系統(tǒng)所提出的要求。為此，提出建立兩臺UPS系統(tǒng)來增加電源可靠性，兩臺UPS系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)方式主要分為串聯(lián)、并聯(lián)與獨(dú)立運(yùn)行三種。通過實(shí)踐證明，將兩臺UPS系統(tǒng)串聯(lián)，串聯(lián)后兩臺UPS系統(tǒng)是單臺UPS獨(dú)立運(yùn)行的3倍左右；將兩臺UPS系統(tǒng)并聯(lián)后，其MTBF值達(dá)到了單臺UPS獨(dú)立運(yùn)行時的5.5倍之多；如果選擇兩臺UPS系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，采取單機(jī)雙網(wǎng)的方式運(yùn)行，可以讓UPS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)處于相等的數(shù)量級上。石油化工大型裝置多要求儀表電源系統(tǒng)具備較高的穩(wěn)定性與安全性，為此交流電源系統(tǒng)的設(shè)計選擇使用兩臺UPS系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的方式，并增加1獨(dú)立電源。

而三路220VAC交流電源之間是相互獨(dú)立的，其中兩路UPS主要為直流穩(wěn)壓電源、DCS、SIS、PLC等儀表系統(tǒng)供電，一旦某一路UPS出現(xiàn)電源故障導(dǎo)致斷電時，并不會對另外一路的UPS供電電源系統(tǒng)造成影響，從而不會影響到整個儀表系統(tǒng)。在交流電源系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計時采取這種結(jié)構(gòu)，其最大的優(yōu)勢就是確保了在單路電源系統(tǒng)出現(xiàn)斷電故障時不會造成生產(chǎn)裝置停車的現(xiàn)象，并為電氣維修人員進(jìn)行UPS系統(tǒng)維修帶來了便利，其缺陷在于，實(shí)現(xiàn)這種架構(gòu)，需要兩臺UPS系統(tǒng)，投資成本較高。

1.1.2 UPS的選型及其他注意事項(xiàng)

確保交流電源系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，UPS系統(tǒng)的選型是關(guān)鍵。在進(jìn)行UPS選型時，需要綜合考慮其類型、品牌、容量與服務(wù)等因素。根據(jù)石油化工企業(yè)對生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定性要求、投資金額的多少、生產(chǎn)裝置負(fù)載總和值等來確定。在設(shè)計交流電源系統(tǒng)時，還需要注意以下幾點(diǎn)事項(xiàng)：將交流電源系統(tǒng)的故障狀態(tài)與DCS系統(tǒng)或是與SIS系統(tǒng)相連并執(zhí)行報警動作，方便電源系統(tǒng)的故障分析；針對無法進(jìn)行雙電源多組功能負(fù)載的裝置，需要設(shè)計為交流供電方式，確保其中一路UPS發(fā)生故障后，不會對整個負(fù)載產(chǎn)生影響；在雷擊多發(fā)區(qū)，需要充分考慮到防雷因素，選擇適用的防雷浪涌保護(hù)器安裝于UPS輸入端等。

1.2 直流電源系統(tǒng)設(shè)計

在石油化工大型裝置的自動化控制方面，采取220V交流電源的主要系統(tǒng)包括機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)等，除此之外，控制室中輔助儀表與其他現(xiàn)場的儀表，多是應(yīng)用的是24V直流電源，尤其是在聯(lián)鎖系統(tǒng)中采取的是直流電源系統(tǒng)，因此，直流電源系統(tǒng)的設(shè)計，也對整個生產(chǎn)裝置與儀表系統(tǒng)的安全發(fā)揮著重要影響。

1.2.1 直流電源系統(tǒng)構(gòu)架分析

在進(jìn)行設(shè)計直流電源系統(tǒng)構(gòu)架時，需要綜合考慮電源系統(tǒng)的性能指標(biāo)與供電模式，包括系統(tǒng)的可靠性與安全性、可維修性等。其中性能指標(biāo)指的是系統(tǒng)的安裝方式、安全保護(hù)、輸出電壓、EMC認(rèn)證等；根據(jù)石油化工裝置的規(guī)模與自動化水平，確定用電負(fù)荷所采取的是集中供電方式還是分散供電方式；確保電源系統(tǒng)的可靠性與安全性是電源系統(tǒng)設(shè)計的主要目的；在裝置生產(chǎn)過程中有時會強(qiáng)調(diào)其連續(xù)性，這時候電源系統(tǒng)的可維修性就顯得十分重要。為確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性及可維修性，在設(shè)計直流電源系統(tǒng)構(gòu)架時，采取2：2的冗余方式，并將N+1模塊冗余結(jié)構(gòu)應(yīng)用于每路電源之中。

而兩路直流電源系統(tǒng)中都應(yīng)用了N+1個電源模塊，并因此形成N+1的冗余系統(tǒng)。如果在雙回路交流供電中，出現(xiàn)某一路外部供應(yīng)的交流電源故障，導(dǎo)致斷電，并不會影響直流供電系統(tǒng)，電源柜中的24V直流電源系統(tǒng)可以正常供電，確保儀表系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于采取冗余方式，即使是同時在一路UPS與直流電源中的一塊電源模塊中出現(xiàn)故障，直流電源系統(tǒng)依然可以穩(wěn)定供電。

1.2.2 直流電源系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計注意事項(xiàng)

采取冗余方式設(shè)計直流電源系統(tǒng)架構(gòu)，需要注意以下幾點(diǎn)事項(xiàng)：直流穩(wěn)壓電源模塊單元本身存在自動均流的功能；為確保供電單元分擔(dān)負(fù)載電流，需要通過并聯(lián)均流的方式優(yōu)化整個供電系統(tǒng)性能；將電源模塊系統(tǒng)狀態(tài)與DCS系統(tǒng)或PLC系統(tǒng)相串聯(lián)等。

2 石油化工大型裝置儀表電源系統(tǒng)優(yōu)化

在石油化工儀表電源系統(tǒng)維護(hù)過程中，容易出現(xiàn)維護(hù)人員觸電身亡的安全事故，造成人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。優(yōu)化儀表電源系統(tǒng)，減少安全事故勢在必行。觸電事故主要是由危險電源的不慎接地所引起的。由于儀表系統(tǒng)采取的是220VAC危險電源，為此，需要安裝隔離變壓器浮空向儀表系統(tǒng)供電，從而讓危險電源對地不會生產(chǎn)危險電位，從而降低觸電事故等。從設(shè)計出發(fā)，保證儀表安裝質(zhì)量，確保工作人員安全。

3 結(jié)語

隨著時代的發(fā)展，石油化工工業(yè)的裝置逐漸向連續(xù)化、規(guī)模化發(fā)展，其裝置自動化水平不斷提高。石油化工工業(yè)中存在著成千上萬的電動儀表，在提高企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量與效率等方面發(fā)揮著極為重要的作用。而儀表電源系統(tǒng)則是電動儀表的動力與基礎(chǔ)，通過對儀表電源系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化，可以確保企業(yè)生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性與安全性，降低安全事故，最終收獲良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

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[責(zé)任編輯：王偉平]