石油化工大型裝置儀表電源系統設計分析

王軒

【摘 要】在社會經濟進步的推動下，石油化工工業獲得了快速發展。在發展過程中，石油化工工業的裝置呈現出了連續化與規模化發展趨勢，裝置自動化水平越來越高。在石油化工工業中存在著數量眾多的電動儀表，為提高生產效率及質量發揮著重要作用。而儀表電源系統則屬于生產裝置自動控制儀表的動力與基礎，進行儀表電源系統設計，并采取安全性措施，可以提高儀表電源系統的可靠性與安全性，避免生產事故，從而為石油化工企業收獲良好的經濟效益社會效益。

【關鍵詞】石油化工；大型裝置；儀表電源系統；設計

0 前言

在企業中，存在著成千上萬的電動儀表，為企業生產與安全提供了保障。電動儀表的基礎與動力是儀表電源系統，進行儀表電源系統的設計與優化，從而確保電源系統的穩定性，維護工作人員人身安全，杜絕安全事故。本文設計儀表電源系統，主要從儀表電源系統的交流部分與直流部分進行設計，并對儀表電源系統進行優化，降低安全事故發生率。

1 石油化工大型裝置儀表電源系統設計

石油化工大型裝置儀表電源系統主要包含交流電源系統與直流電源系統兩部分，本文從這兩個方面，進行儀表電源系統設計工作。

1.1 交流電源系統設計分析

在石油化工大型生產裝置運行過程中，如一旦出現工作電源中斷現象，則會對企業連續生產工藝造成嚴重破壞，并造成十分嚴重的經濟損失，加上恢復供電負荷后，重新運行大中型生產裝置需要較長的時間，從而加重了經濟損失。為減少企業損失，確保在電源系統出現異常時，工作人員能夠有較多的時間將生產裝置安全停止，就需要在石油化工裝置中配備UPS系統，即不間斷電源系統，在不間斷電源系統沒有輸入電源的情況下，可以確保三十分鐘以上的連續供電。除了出現電網斷電情況外，在UPS系統中也會出現了一些故障，引起儀表斷電，從而造成裝置停車問題。

1.1.1 交流電源系統架構

在大型裝置中應用的DCS系統與SIS系統運行十分穩定，其平均無故障時間在上百萬小時以上，而單臺的UPS運行穩定性較差，平均無故障時間在二十萬小時以下，加上UPS廠家所生產的產品質量存在著較大差異，所應用的環境不同，從而導致在實際應用中UPS電源的可靠性較低。這也就導致了單臺的UPS電源難以滿足大型生產裝置的自動化儀表對電源系統所提出的要求。為此，提出建立兩臺UPS系統來增加電源可靠性，兩臺UPS系統的系統架構方式主要分為串聯、并聯與獨立運行三種。通過實踐證明，將兩臺UPS系統串聯，串聯后兩臺UPS系統是單臺UPS獨立運行的3倍左右；將兩臺UPS系統并聯后，其MTBF值達到了單臺UPS獨立運行時的5.5倍之多；如果選擇兩臺UPS系統獨立運行，采取單機雙網的方式運行，可以讓UPS系統與DCS系統與SIS系統處于相等的數量級上。石油化工大型裝置多要求儀表電源系統具備較高的穩定性與安全性，為此交流電源系統的設計選擇使用兩臺UPS系統獨立運行的方式，并增加1獨立電源。

而三路220VAC交流電源之間是相互獨立的，其中兩路UPS主要為直流穩壓電源、DCS、SIS、PLC等儀表系統供電，一旦某一路UPS出現電源故障導致斷電時，并不會對另外一路的UPS供電電源系統造成影響，從而不會影響到整個儀表系統。在交流電源系統架構設計時采取這種結構，其最大的優勢就是確保了在單路電源系統出現斷電故障時不會造成生產裝置停車的現象，并為電氣維修人員進行UPS系統維修帶來了便利，其缺陷在于，實現這種架構，需要兩臺UPS系統，投資成本較高。

1.1.2 UPS的選型及其他注意事項

確保交流電源系統運行的安全性與穩定性，UPS系統的選型是關鍵。在進行UPS選型時，需要綜合考慮其類型、品牌、容量與服務等因素。根據石油化工企業對生產裝置的穩定性要求、投資金額的多少、生產裝置負載總和值等來確定。在設計交流電源系統時，還需要注意以下幾點事項：將交流電源系統的故障狀態與DCS系統或是與SIS系統相連并執行報警動作，方便電源系統的故障分析；針對無法進行雙電源多組功能負載的裝置，需要設計為交流供電方式，確保其中一路UPS發生故障后，不會對整個負載產生影響；在雷擊多發區，需要充分考慮到防雷因素，選擇適用的防雷浪涌保護器安裝于UPS輸入端等。

1.2 直流電源系統設計

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包括機組狀態監測系統、DCS系統、SIS系統與PLC系統等，除此之外，控制室中輔助儀表與其他現場的儀表，多是應用的是24V直流電源，尤其是在聯鎖系統中采取的是直流電源系統，因此，直流電源系統的設計，也對整個生產裝置與儀表系統的安全發揮著重要影響。

1.2.1 直流電源系統構架分析

在進行設計直流電源系統構架時，需要綜合考慮電源系統的性能指標與供電模式，包括系統的可靠性與安全性、可維修性等。其中性能指標指的是系統的安裝方式、安全保護、輸出電壓、EMC認證等；根據石油化工裝置的規模與自動化水平，確定用電負荷所采取的是集中供電方式還是分散供電方式；確保電源系統的可靠性與安全性是電源系統設計的主要目的；在裝置生產過程中有時會強調其連續性，這時候電源系統的可維修性就顯得十分重要。為確保電源系統的穩定性與安全性及可維修性，在設計直流電源系統構架時，采取2：2的冗余方式，并將N+1模塊冗余結構應用于每路電源之中。

而兩路直流電源系統中都應用了N+1個電源模塊，并因此形成N+1的冗余系統。如果在雙回路交流供電中，出現某一路外部供應的交流電源故障，導致斷電，并不會影響直流供電系統，電源柜中的24V直流電源系統可以正常供電，確保儀表系統的穩定性。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故障，直流電源系統依然可以穩定供電。

1.2.2 直流電源系統架構設計注意事項

采取冗余方式設計直流電源系統架構，需要注意以下幾點事項：直流穩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負載電流，需要通過并聯均流的方式優化整個供電系統性能；將電源模塊系統狀態與DCS系統或PLC系統相串聯等。

2 石油化工大型裝置儀表電源系統優化

在石油化工儀表電源系統維護過程中，容易出現維護人員觸電身亡的安全事故，造成人員傷亡與經濟損失。優化儀表電源系統，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供電，從而讓危險電源對地不會生產危險電位，從而降低觸電事故等。從設計出發，保證儀表安裝質量，確保工作人員安全。

3 結語

隨著時代的發展，石油化工工業的裝置逐漸向連續化、規模化發展，其裝置自動化水平不斷提高。石油化工工業中存在著成千上萬的電動儀表，在提高企業生產質量與效率等方面發揮著極為重要的作用。而儀表電源系統則是電動儀表的動力與基礎，通過對儀表電源系統的設計與優化，可以確保企業生產過程的穩定性與安全性，降低安全事故，最終收獲良好的經濟效益與社會效益。

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[責任編輯：王偉平]