仪表电源系统的安全性探讨

付鹏伟¹  楚善良¹，赵念功²  刘兴虎²

(1．兖矿峄山化工有限公司，山东济宁  273500；2．山东省岱庄生建煤矿湖西矿井机电办，山东济宁  277606)

    随着煤化工工业的迅速发展，装置规模越来越大型化、连续化，自动化控制水平不断提高，加之煤化工过程具有易燃、易爆、腐蚀、高温、高压、有毒等特点，生产中稍有失误将会酿成重大事故，所以化工企业把生产装置的安全稳定运行视为头等大事。为此，化工生产装置使用DCS系统进行过程控制，使用PLE进行装置的安全保护控制，系统的安全可靠性得到很大程度的提高。但要保证仪表控制系统可靠地运行，在重视DCS、PLC自身设置可靠性的同时，必须重视电源系统的可靠性设计。然而，仪表电源系统的设计目前尚未统一标准，有关规范中规定的UPS的平均无故障时间不小于55000h，要比DCS的平均无故障工作时间大于1．25Mh低两个数量级，所以在生产装置发生的事故中，因仪表供电系统故障导致的装置停车事故占有一定比例。因此，必须重视仪表电源系统的设计、施工和维护。

1   故障实例

    (1)峰山化工公司8·13合成氨生产装置，因UPS电源故障而造成DCS控制系统供电中断，本应由备用电源向仪表控制与联锁系统正常供电，但因控制系统DCS冗余设计，UPS内部故障致使DCS系统全部断电失控，造成合成氨生产系统全部停车。

    (2)某石化集团使用的热备式仪表供电方案，输出电源只有一种，UPS1、UPS2的输出电源都得通过静态开关。产生故障的原因是由于UPS1内部风扇故障，导致静态开关温度上升引发输出电压长达8s的波动之后，才导通切换到LIPS2供电，所以造成DCS和PLC系统8s时间的失电。对于DCS来说，供电间断时间不得大于2ms，而控制联锁的PLC供电间断时间不得大于11ms。供电故障时间8s，造成所有DCS操作站黑屏，操作处于失控状态，联锁系统电磁阀动作，造成全装置停车。

    据调查，还有的生产装置因UPS输出总母线长期过热相间绝缘下降，致使UPS输出空气开关过流跳闸断电造成装置断电跳车。还有24VDC供电网络出现接地故障，为生产装置安全运行埋下了重大隐患等等。

2   电源系统改造措施及特点

    为保证电源系统在任何情况下都万无一失，必须遵照系统安全运行的法则实行保守设计。大型煤化工生产装置中，仪表电源应实行双UPS配置，并各自配置蓄电池，工作时间宜分别为15～30min；电源额定容量按照仪表实际耗电量总和的两倍计算，并且应环行向负载母线供电；与电源系统配套的辅助设备、材料，如空气开关、熔断器、导线等，在选型时应采用优质产品，其容量必须按仪表实际耗电量总和的2～3

倍考虑，以满足仪表回路、电磁阀、行程开关等仪表出现短路、接地等准故障时造成的电流冲击承载力；要设计电源系统故障预报系统，利用报警系统将电源系统出现的接地、过流等准故障及时检出、消除，防止故障扩大；针对当前仪表电源由电气、仪表两个专业共同设计管理的现实，仪表专业要深入介入控制与联锁电源系统的设计，防止专业分工间出现的薄弱环节。

    公司在经历了几次仪表电源故障之后，参照多套生产装置的仪表供电系统的设置，对仪表电源系统进行了改造。该电源系统有如下特点：   

    (1)正常时由两路220V交流电源向仪表系统供电，分别由市电和UPS向仪表系统母线正常供电。

    (2)在仪表侧设置总电流表和分电流表，分别设置报警装置，监测总负载和负载局部发生的过流、短路等准故障，以便及时发现并处理准故障点，防止酿成重大事故。

    (3)电缆、空气开关、熔断器等附件按照保守设计的原则选型施工。

    (4)制定仪表系统维护规章制度，蓄电池坚持一月一次带电检查，及时查出并换掉坏的电池。坚持每次巡检进行记录，便于及时发现UPS故障的蛛丝马迹并及时处理，保障UPS安全运行。

    在电磁阀供电回路中，一旦电磁阀负极一侧发生接地问题，继电器控制的接点不管动作与否，都不会对电磁阀产生任何作用，电磁阀发生拒动现象。所以在联锁系统中，要坚决避免此类设计。

3   结束语

    综上所述，大型煤化工生产装置仪表电源的设置，对于重要负荷和保安负荷的仪表供电系统必须进行保守设计，不能简单地按《低压配电装置及线路设计规范》的一般原则进行，要增大部分经济投入。要把设计理念从保护电器设备本身安全转移到保护生产装置的大安全上来，就是在事故状态下宁可部分仪表、电器设备受损，也不能稍有越限就跳闸断电，使生产装置处于失控状态，从而保证生产装置的长周期安全稳定运行。