儀表供電系統UPS并機冗余隱患整治

張五一 王以平 王小晶

(中國石油玉門油田分公司煉化總廠)

儀表供電系統UPS并機冗余隱患整治

張五一 王以平 王小晶

(中國石油玉門油田分公司煉化總廠)

介紹儀表供電系統UPS的供電方式，分析儀表供電系統UPS并聯冗余系統的特點與存在的隱患，介紹系統性冗余和設備冗余理論，提出將UPS并聯冗余系統改為雙機分段供電方式的技術實施方案。完成改造后系統一次性投運成功，催化、重整加氫、柴油改質、氣分MTBE裝置儀表供電系統UPS并機冗余可靠性符合煉化板塊電氣管理的相關要求。

儀表供電系統 UPS 雙機并列分段供電 系統性冗余 設備冗余

中國石油玉門油田分公司煉化總廠儀表供電系統UPS的安全性直接關系到儀表控制系統DCS、ESD和SIS的安全，現場控制儀表的安全，工藝參數的平穩控制和生產裝置的安全可靠運行。因此，筆者針對安全環保檢查和審核問題清單中關于催化、重整加氫、柴油改質、氣分MTBE裝置儀表供電系統UPS并機冗余可靠性不符合煉化板塊電氣管理的相關要求，將這幾套裝置的雙機冗余方式改為雙機分段供電方式，以提高儀表供電系統UPS的本質安全。

1 儀表供電系統冗余方式

目前，中國石油玉門油田分公司煉化總廠儀表供電系統的冗余方式見表1。

表1 儀表供電系統冗余方式

2 儀表供電系統UPS并聯冗余的特點與存在的隱患

為了提高儀表供電系統的可靠性，常將幾臺UPS并聯連接。然而所有UPS的輸出阻抗不可能都相同，加之各逆變器的輸出電壓和市電電壓鎖相都具有正負誤差，導致各UPS的輸出電壓既有相位差又有幅值差，因此將UPS直接并聯是危險的，只有具有并聯功能的UPS才能并聯。圖1中將兩臺UPS的輸出直接并聯，這必須在原UPS的基礎上增加并聯板才能滿足下列條件：相位和幅值相同，兩個UPS之間無破壞性環流產生。

圖1 UPS并聯連接

儀表供電系統UPS并聯連接的優點在于它不僅可以提高可靠性，而且多臺UPS共同承擔負載，過載能力強，平均無故障時間不少于50萬小時，抗超載和抗負載短路能力強。在正常情況下，兩臺UPS各帶50%負載，兩臺UPS的老化程度一致并可隨時進行擴容，實現N+1并聯系統，在線維護維修方便，因此該技術在UPS電源系統應用上是比較先進的一種并機冗余技術。

但是通過近年來的使用，UPS并聯逐漸暴露出一些不足之處。從圖1可以看出，在冗余并機系統中，UPS1和UPS2并機冗余后的輸出是合并在一起的，通過主控室配電柜分配給控制器、I/O卡件、現場儀表和各操作站，導致UPS輸出端存在“單點瓶頸”的隱患。即當其中一臺UPS發生故障時，存在故障擴散和竄擾的隱患，嚴重時會出現宕機事故導致DCS和現場儀表的供電中斷。因此，雖然UPS冗余并機系統提高了UPS自身的平均無故障時間，但并沒有解決UPS冗余并機系統輸入輸出裝置、供電線路等存在的問題，也不能解決UPS供電系統的可維護性問題。

3 儀表供電系統可靠性的影響因素

3.1 系統性冗余

系統性冗余的優點如下：

a. 保留了并聯冗余和熱備份UPS系統的全部優點；

b. 克服了并聯冗余和熱備份UPS系統的全部缺點；

c. 對于DCS系統，只有在UPS1、UPS2、市電1、市電2同時發生故障或者停電時才會失電，因此系統性冗余UPS配置方案的可靠性極高，平均無故障時間高達120萬小時。

系統性冗余的缺點如下：

a. 當UPS系統的負載除了DCS系統外還有其他負載(操作站、交換機及報警器等)時，其他負載可直接接到UPS1或UPS2上，或根據具體情況分配到UPS1和UPS2上，但其他負載的供電系統無冗余保護；

b. 如果其他負載的供電系統必須具有冗余保護，則必須增加靜態轉換開關(STS)設備。

3.2 設備冗余

設備冗余是雙機并聯冗余系統，在某一系統中對于重要環節增加一臺設備作為備用，而對于其他部分是沒有冗余配置的。如，雙機并聯冗余UPS系統和雙機熱備份UPS系統均屬于設備冗余。因為并聯冗余和熱備份僅有UPS主機和電池是冗余配置的，雖然互為備用，但并不完全獨立。另外，其他配件如雙電源自切開關、旁路隔離變壓器、輸入輸出開關、配電盤及連接電纜線等均不是冗余配置。設備冗余的UPS系統適用于不能停電的重要場合，尤其適用于只有一個交流輸入端的非DCS負載。

如真全面放開轉專業，建議可以設置兩個時間節點：一是入學后1個月，二是第一學期末。增加入學后1個月后這個時間節點的好處是：大多高職院校都開設《專業導論》，經過1個月的學習后對自己所學的專業已有初步了解，也初步接觸專業相關課程，可以避免了學生在學習自己不敢興趣的專業時產生厭學，同時減少轉入新專業的學習壓力和學習進度的不一致。弊端是：時間太短，未深入了解原來專業以及是否真的適合自己，可能出現再次“入錯行”，甚至出現跟風。

4 儀表供電系統UPS并機冗余隱患整治

安全環保檢查和審核問題清單中，催化、重整、氣分MTBE裝置UPS并機冗余可靠性不符合煉化板塊電氣管理的相關要求，因此將這幾套裝置的雙機冗余方式改為雙機分段供電方式。其特點如下：

a. 在DCS系統中，兩套直流電源是并聯冗余的，切換時間為0；

b. 兩套UPS均為單機工作方式，是完全獨立的，UPS1的輸出端與DCS系統的交流電源輸入端1連接，UPS2的輸出端與DCS系統的交流電源輸入端2連接；

c. 當UPS1和UPS2均正常時，UPS1和UPS2同時對DCS系統供電，且各帶50%的負載；

d. 當UPS1故障時，UPS1自動且不間斷地切換到旁路，DCS系統由UPS2和市電1供電；

e. 當UPS2故障時，UPS2自動且不間斷地切換到旁路，DCS系統由UPS1和市電2供電；

f. 當UPS1和UPS2同時故障時，UPS1和UPS2同時自動、不間斷地切換到旁路，DCS系統由市電1和市電2供電；

g. 當UPS1或UPS2需要檢修時，可以將其中一臺UPS關閉或切換到旁路運行，這并不影響另外一套UPS的正常運行。

雙機并列分段供電方式技術實施過程如下：

a. 將原UPS/ESD雙機冗余供電電氣線路(圖2)全部改造成雙機分段供電線路，拆除分離與之混合的所有電氣電纜；

b. UPS廠家工程師對轉換為單機模式的硬件和軟件進行技術處理，改造兩臺UPS輸出端的空開母聯，拆除兩臺UPS并機通信總線線纜，修改DPS內部軟件控制功能；

c. 清除DCS控制器、I/O卡件、交換機、工作站、隔離柵和現場儀表220V(AC)供電的并機冗余共用電纜，保證兩臺UPS分段供電輸出端線路完全獨立；

d. 重新對兩臺UPS的負載進行分配，保證DCS控制器、I/O卡件、交換機、工作站、隔離柵和現場儀表220V(AC)供電的分段供電且實現互相冗余，改造后的雙機并列分段供電電氣線路如圖3所示；

e. 保證每條線路、空開和端子測試沒有錯誤后方可上電；

f. DCS、ESD、SIS崗位人員需配合UPS改造后的分段供電上電測試，保證兩段所帶控制器、交換機、I/O卡件及操作站等均供電正常。

5 雙機并列分段供電電氣線路的改進

改進的雙機并列分段供電電氣線路如圖4所示。當UPS1故障斷電后，UPS2經STS2將UPS2的輸出電壓切換到UPS1的輸出上，從而保證UPS1上所帶負載(DCS、ESD、SIS)供電不中斷。同時也保障了沒有220V(AC)輸入電源冗余功能的負載(操站、交換機及報警器等)的供電可以不中斷，提升了儀表控制電源系統的可靠性，完善了儀表供電系統的功能。

圖2 原UPS/ESD雙機冗余供電電氣線路

圖3 改造后的雙機并列分段供電電氣線路

圖4 改進的雙機并列分段供電電氣線路

6 結束語

在檢修期間將催化、重整、加氫改質、氣分MTBE裝置儀表供電系統UPS雙機冗余方式改為雙機并列分段供電方式，實現了DCS、ESD、SIS控制器、I/O卡件、交換機、工作站、隔離柵和現場儀表220V(AC)供電的分段供電，且互相冗余。此次改造解決了儀表供電系統UPS輸出并聯UPS輸出端存在的“單點瓶頸”故障隱患，避免了當其中一臺UPS發生故障時，故障的擴散和竄擾，防止了UPS宕機事故，避免了由DCS和現場儀表供電中斷造成的煉化裝置非計劃停車，降低了經濟損失。改造后，各裝置符合煉化板塊儀表供電系統UPS電氣管理相關要求，完善了儀表供電系統的功能，更好地提高了設備的本質安全和可靠性，保障了儀表控制系統長周期安全平穩運行。

張五一(1965-)，工程師，從事玉門煉化總廠計算機現場離散控制和UPS日常維護工作，ylcompzwy@163.com。

TH862+.7

B

1000-3932(2017)05-0512-04

2016-11-08，

2017-03-23)