鑫优普电池分享－仪表电源系统的可靠性分析

1 前言

　　随着石油化工工业的迅速发展，装置规模越来越大型化、连续化，加之化工过程具有易燃、易爆、高温、高压、有毒、有害、有腐蚀等特点，生产过程中稍有失误将会酿成灾难性事故，造成生产、设备、人员等多方面不可挽回的重大损失，所以各企业对生产装置安全稳定运行视为头等大事。为此，许多大中型化工装置使用DCS进行过程控制，使用ESD/PLC进行装置的安全保护控制，系统的安全可靠性大大提高。生产控制与联锁系统的可靠性，人们注意到DCS、ESD设备的可靠性设置——冗余配置、三重化设置等，使DCS、PLC的平均无故障工作时间MTBF=1.25Mh以上。但我们必须清醒地认识到，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，必须重视它们的动力源——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的平均无故障工作时间不小于55Kh，要比DCS的平均无故障工作时间大于1.25Mh低两个数量级，所以在近几年各大石化公司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，有的集团公司在安全检查会上专门提出：必须重视仪表电源的设计、施工和维护。下面结合仪表电源系统故障实例，针对改造方案的设计、维护中应注意的问题进行分析，并与同行们共同探讨这一瓶颈问题的解决方法。

　　2 电源系统典型故障实例

　　根据调查了解，电源故障源多数出于单个UPS供电、蓄电池组个别电池内阻增大、短路、一点接地等，人们对这些器件往往容易忽视，进而使故障发生，酿成大祸。下面以实例说明。

　　例一

某集团公司乙烯裂解装置，因高压电源故障而造成生产供电中断，本应由UPS自动转入备用电池向仪表控制与联锁系统正常供电，保证控制与联锁停车。但是，因后备电池组中个别电池内阻增大，UPS逆变转换失败，致使DCS、联锁ESD全部断电失控，造成生产装置事故的扩大。然而该电池组几个月前才被国外UPS厂家专项检查确定为合格电池组。

　　例二

某现场—电磁阀密封不严，进雨水接地短路，仪表供电分支空气开关拒动，致使UPS输出空气开关过流跳开，造成两套正常生产装置的控制与联锁系统断电而跳车。因该装置的控制与联锁系统为断电跳车式设计，没有使事故进一步扩大，但遭受经济损失很大。

　　例三

—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1，产生故障的原因是由于UPS1内部风扇故障，导致静态开关1温度上升引发输出电压波动，此时静态开关1上面的一组处于一个从好到坏的中间状态，时间长达8s的波动之后，静态开关1下面的一组才导通切换到UPS2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20ms，而控制联锁的PLC供电间断时间不得大于11ms。供电故障间断时间8s，造成所有US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。

　　据反映，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阐断电造成装置断电跳车。还有24VDC供电网络出现一点接地故障，为生产装置安全运行埋下了重大隐患等等。仪表电源故障的发生，严重威协大型化工装置安全运行，已引起人们的关注，纷纷投入财力人力对供电电源实施技术改造。

　　3 电源系统技术改造方案探讨

　　由于仪表电源系统设计当前缺乏统一标准，国内大型石化企业都参考国内外比较成熟的技术设计方案，结合企业实际，改造仪表电源系统，有许多成功的经验，从而保证了安全生产。

　　3.1 设计原则

　　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。特大型石油化工装置中，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2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、行程开关等现场个体仪表出现短路、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、及时将其消除，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。