一次DCS系統電源停電事故引起的思考

許鑄平

(中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司研究院，遼寧 遼陽 111003)

一次DCS系統電源停電事故引起的思考

許鑄平

(中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司研究院，遼寧 遼陽 111003)

DCS系統是生產裝置中的關鍵設備。通過一起因DCS供電電源故障引起的生產事故，進行了電源缺陷分析，并提出電源改進措施，確保DCS電源的安全性和可靠性，保證DCS系統長期安全、穩定運行。

DCS系統；不間斷電源；裝置工藝；停電事故

0 引言

隨著電子技術的發展，DCS(Distribution Control System，分散控制系統)系統已經廣泛應用于工業生產領域。DCS系統作為生產線的控制核心，它的安全平穩運行是生產平穩運行的保證，而DCS系統電源的安全、可靠又是DCS系統安全平穩運行的基礎。

1 DCS系統電源情況

某單位有1套聚酯生產裝置，該裝置采用DCS系統控制。按照設計，裝置中安裝了1臺40 kVA、輸入輸出電壓都為380 V的UPS(Uninterruptible Power Supply，不間斷電源)。該UPS同時為裝置內變頻器等電氣設備提供110 V交流控制電源以及為DCS系統24 V直流電源整流柜提供電源。

可控硅整流裝置將來自UPS的三相交流電整流成24 V直流電后供給DCS系統，作為DCS系統的I/O電源，電源系統電路如圖1所示。圖1中的380 V交流電源即來自UPS。

2 事故現象及處理

在裝置正常運行時，控制室操作人員突然觀察到DCS顯示器中控制狀態異常。現場工藝操作人員回饋現場電機設備停止運行。電氣專業人員檢查電力系統供電正常，電機控制盤處于停止運行狀態；動力電源輸入電壓正常，控制抽屜輸出端電壓為0；所有變頻器輸入動力電源電壓正常，輸出電壓為0；變頻器的指示面板顯示變頻器正常停車。

分析上述現象，認為DCS系統停機可能是造成大面積停車的原因。儀表專業人員到達DCS機柜室檢查后，發現所有DCS盤無輸入直流電壓。電氣專業人員繼續檢查UPS和DCS直流整流柜，發現UPS系統運行正常，DCS直流整流柜輸入電壓正常，輸出電壓為0。

圖1 24 V直流電源系統電路

由此判斷DCS直流24 V電源系統發生了故障。對直流柜進行詳細檢查后，發現整流變壓器(T1)已經損壞。更換整流變壓器后投入運行，系統恢復正常。

在電氣和儀表專業人員檢查、處理的過程中，裝置工藝系統中產生了大量的廢料，同時部分物料在管線及設備中滯留，導致裝置出現問題。

3 事故分析

作為裝置中最關鍵的設備，DCS系統電源需要UPS保障安全。但是，根據圖1的電路可看出：DCS系統的電源并不由UPS直接供給，而是由1套整流裝置供給，且直流電源的整流裝置結構簡單，沒有監測單元、故障指示及防雷措施，存在安全隱患。具體分析有以下幾個問題。

(1) 系統不是冗余設計，只有1套整流系統，一旦整流系統中有元件發生故障，DCS系統供電即中斷。

(2) 在運行中，系統中所有元件均不能進行熱更換。一旦有主要元件損壞，都需停電進行處理，且處理時間較長。

(3) 系統中沒有后備電池組及自動切換系統，在整流裝置內部元件發生故障時，不能及時提供不間斷電源。

(4) 系統內部沒有防雷設施，有可能受雷電干擾產生瞬間高壓，造成電源系統本身的損害而引起停電事故。

(5) 系統沒有完善的故障監測及報警系統，因此不能及時發現故障。

綜合分析后判定，圖1所示的DCS電源系統不能為DCS系統提供安全可靠的電源，應當對該電源系統進行改造。

4 總結與建議

DCS系統電源本身應是安全、穩定和完善的系統，除具有整流功能外，系統還應當考慮本身故障情況下的供電連續性，以及便于維修及必要的故障報警指示等。針對以上問題，對DCS的I/O電源提出如下改造建議。

4.1 輸入電源及配出回路

(1) 外界供電條件。作為DCS系統的電源應適應供電電壓的合理波動。為了提高DCS系統電源的安全性，DCS系統電源的輸入電源最好由UPS提供。

(2) 配出要求。直流系統電源的容量應預留合理余量，為日后擴容以及維修創造條件。所有配出回路要經過容量匹配的配出開關后接到輸出端子排上，且開關和端子排的質量要可靠。

4.2 交流供電部分

交流供電部分應采用雙通道。正常運行時，由其中的一個通道供電；當此通道出現問題時，自動轉為另一個通道供電，且有相應的報警信號。

4.3 整流部分

(1) 整流部分應使用高頻開關，其效率高，輸出精度高，電磁干擾小，更換方便。

(2) 直流系統的電源模塊必須冗余配置。這樣可保證DCS系統組件其中1塊損壞，不會影響系統的運行。

模塊輸出電流與負荷及電池組匹配合理，當某工作模塊損壞時，損壞的模塊要能在運行狀態下插、拔更換。

(3) 模塊間電流平衡輸出。模塊間電流不平衡度控制在3 %以內。

(4) 模塊自身應有電流和電壓保護。輸入的過壓保護和欠壓保護可自動恢復，輸出配有欠壓和過壓保護，保護點監控單元可以調節。

4.4 監控部分

整流裝置應設監控部分，并采用冗余設計。正常時由主監控機控制，當主監控機出現問題時，副監控機自動投入工作，并自動診斷故障報警。

(1) 監控部分應具備電池管理功能，包括：自動均浮充、充電限流、浮充溫度補償、二次下電、在線電池放電測試、電池容量計算。

監控部分應具備控制功能，包括：整流模塊開關機、整流模塊限流、整流模塊電壓調節、電池組均/浮充轉換、二次下電/電池保護。

(2) 電源系統中設有故障信息儲存單元，存儲單元能夠存儲足夠的故障信息。設備報警系統應包含以下告警及指示信息。

① 交流量。包括交流輸入空氣開關跳閘、防雷器故障、交流輸入過壓、交流輸入欠壓、交流停電、通道轉換等。

② 直流量。包括直流過壓、直流欠壓、母線絕緣監察、電池組過溫、電池保護、輸出支路斷、電池組支路斷、電池組充電過流等。

③ 模塊。包括模塊保護、模塊故障、模塊通信中斷等。

④ 控制。包括系統測量故障，監控故障等。

4.5 電池組部分

電源系統的輸出應配有蓄電池組，即使在交流全部停電或系統內任何其他部分出現問題造成整流元件無輸出的情況下，也能保證DCS系統運行一段時間，為檢修和工藝處理贏得時間。

4.6 系統防雷

直流電源系統的內部要有防雷電路或防雷模塊，防雷部件要安全可靠，防止因雷電引起內部過電壓而損毀系統。

1 劉養炯，趙化勇．提高DCS電源的供電可靠性的對策[J].安徽電氣工程職業技術學院學報，2012，17(1)：55-58.

2 董 飛，艾則提．熱控儀表及DCS系統遭受雷擊的分析與防范[J]．電力安全技術，2011，13(1)：62-63．

3 白會賢，牛玉廣，劉吉臻．DCS電源供電系統的可靠性定量分析[J]．自動化儀表，2009，30(7)：19-21．

2016-09-27。

許鑄平(1971-)，男，工程師，主要從事機械、電氣設備管理等工作，email：xuzp@petrochina.com.cn。