自动化生产装置仪表电源解决方案0510Word格式.docx

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根据广泛的调查，交流不间断电源UPS在石化行业的主要负载为生产控制与保护系统、计算机信息系统、精密仪表和变送器、PLC、执行器、生产设备等220V供电的单相负载。

主要电源配置包括如下两种供电方案：

1针对于仪表、阀门、执行器、PLC分散供电方案

负载特点：

单点负载容量小于300W，单个负载或多个负载使用1台1～10KVA的UPS小机，该自动化元件为自动化工程的关键负载

适用产品：

单进单出系列：

1～10KVA

供电方案：

单机供电，UPS解决方案中最简单的一种，各点交流负载独立地由一台UPS提供动力保护

工作原理：

a）正常时由UPS主回路整流、逆变双转换进行负载供电；

b）当整流器故障或主输入电源消失，则由后备蓄电池组逆变转换给负载供电；

c）当逆变器故障或后备电池消失后，转由旁路电源进行供电；

d）当UPS需要维护时，可切换至维修旁路回路工作。

图1：

UPS单机供电方案

2针对于DCS、SCADA生产控制与保护系统、计算机信息系统采用集中供电方案

负载容量大于10KVA，小于200KVA，该套DCS控制系统是某个控制与保护系统的核心，共同使用1套UPS单机系统或者并机系统

三进单出/三进三出系列：

10～200KVA

单机//1+1并机冗余供电，1+1并机冗余供电：

全部交流负载由2台UPS平均分担

a）正常工作时，由UPS主回路整流、逆变双转换进行负载供电，两台UPS平均承担系统总负载，各承担50%；

b）当主机整流器故障或主输入电源消失，则由后备蓄电池组逆变转换给负载供电，两台UPS仍然各承担50%负载。

c）当1台UPS故障时，系统自动识别并使其自动脱离整个系统，由另1台带100％负载继续供电。

d）当2台UPS同时有故障时，负载可经UPS内部静态旁路开关转到旁路供电。

图2：

UPS双机并联供电方案

以上的2种供电解决方案，存在UPS输出端与最终负载端之间发生“单点瓶颈”故障隐患。

根据美国的大型数据中心的统计资料：

在UPS输出供电系统的故障中，各种故障出现的几率：

79％来源于UPS输出与负载之间的供电线路上的故障（保险“烧毁”，断路器“跳闸”，负载“短路”，由施工、老鼠咬所造成的“开路”故障等），11％来源于UPS和电池组，其它故障占10％

图3：

各种故障在UPS输出供电系统中出现的几率

三,自动化仪表装置对供电电源的要求

石化行业作为流程工业，大部分工艺过程都通过DCS分散控制系统进行调节、控制。

其组成主要包括分散控制系统DCS，安全保护系统ESD，现场温度、压力、流量、物位、分析仪表及变送器，控制执行元件、电磁阀、电气转换器，控制系统外围设备CRT、工程师站，计算机监测、监控系统，电气测量和保护装置。

按照对电源供电的要求，如下图所示将负载分为两类

图图4：

按输入电源数量对负载的分类

其中，分散控制系统DCS，安全保护系统ESD，控制执行元件、电磁阀、电气转换器等重要负载，直接关系到生产过程的安全稳定运行，这些装置在设计上均为双电源供电（只要有一路电源正常即可保证运行的装置），属于A类负载。

控制系统外围设备CRT、工程师站，计算机监测、监控系统，电气测量和保护装置，这些设备在DCS系统的重要性相对低一些，其设计主要为单电源供电，属于B类负载。

四,仪表电源的配置解决方案

对于石化行业生产过程控制仪表重要设备主要为A类双电源负载的特殊性，对应的解决方案如下：

方案1：

UPS单机双输出方案，主要用于在DCS系统中相对不重要的负载。

针对过程控制仪表系统中，大部分是双电源负载的特点，建议采用UPS单机双输出方案，即一台独立的UPS和旁路稳压系统组成的双路供电方案。

1）正常情况下，UPS输出和其旁路稳压输出为双电源负载提供两路电源，UPS为单电源负载提供不间断电源。

2）当UPS输出母线故障或需要维护操作

a）对于A类负载，继续由旁路稳压输出母线供电，避免了单机UPS输出母线为单点故障的隐患的问题。

b）对于B类负载，在UPS切换到旁路后，可暂时由旁路稳压输出母线为负载继续供电，直至UPS输出正常。

3）这意味着，在紧急情况下，由于有第二路电源保障对负载的供电，赢得了宝贵的处理事故和安全停车的时间。

同时，更减小了因单电源而对重要负载造成的损失，使故障影响的范围最小化。

图5：

UPS单机双输出方案

方案2：

UPS双机双输出方案，针对过程控制仪表系统中，大部分是双电源负载的特点，建议采用UPS双机双输出方案，即两台独立的UPS组成的双路不间断冗余供电方案。

1）正常情况下，两台UPS独立输出为双电源负载提供两路电源，两台UPS各自承担一部分单电源负载

2）当其中一台UPS输出母线故障或需要维护操作

a）对于A类负载，继续由另一台UPS输出母线供电，避免了单机UPS输出母线为单点故障隐患的问题。

3）这意味着，在紧急情况下，由于有第二路UPS电源保障对负载的供电，赢得了宝贵的处理事故和安全停车的时间，使故障影响的范围最小化。

图6：

UPS双机双输出方案

方案3：

UPS双机同步双输出方案，即两台独立的UPS和LBS（loadbussynchronization）负载母线同步追踪器组成的双路不间断冗余供电方案。

1）两台独立的UPS为双电源负载提供两路电源，同时通过STS静态高速切换开关，为单电源负载提供两路冗余电源。

2）任何情况下，一台UPS输出母线故障，

c）对于A类双输入负载，由另一台正常的UPS输出母线供电，所以无任何影响。

d）对于B类负载而言，由于采用了STS静态高速切换开关和LBS负载母线同步追踪器，其输入源不间断的切换到另一台UPS输出母线，保证B类负载正常供电。

其中LBS负载母线同步追踪器使两台独立的UPS系统始终保持同步输出，STS静态高速切换开关在母线电压异常时进行了不间断的切换。

3）采用这种方案，对所有重要负载，都意味着有两路独立电源保障供电。

特别对于只有一路电源输入的DCS、PLC、ESD、执行器、电磁阀等设备，提供了冗余电源，解决了对重要单电源负载的双路供电问题。

图7：

UPS双机同步双输出方案

五，电源解决方案注意事项

上述电源解决方案是为石油化工生产装置过程控制仪表电源提供一种电源系统配置方案，实际运用中必须根据石化行业具体的项目，负载重要程度，运行中的实践经验积累，进行合理的选择。

相信通过仪表自动化专业和电源电气专业的配合，一定能很好解决仪表电源配置的问题。

下面介绍几点注意事项，供专业人员参考

1、考虑到整个系统的安全性，UPS输入电源要求选择来自不同主变压器的电源，以防止发生两路交流输入电源同时故障的情况；

2、根据重要负载均为双电源的特点，在输出部分考虑UPS双母线输出方式，为生产过程控制仪表设备的A、B类负载持续的电源。

3、由于主要负载为220V供电的单相负载，建议采用单相输出的UPS系列，避免再考虑三相平衡对电源的影响