DCS控制系統(tǒng)的供電技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的高科技信息技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)與各領(lǐng)域當(dāng)中，電廠也不例外。目前，我國(guó)電廠已經(jīng)在熱工控制系統(tǒng)當(dāng)中廣泛地應(yīng)用DCS，此系統(tǒng)不但可以有效提高電廠機(jī)組的運(yùn)行安全，大大提升運(yùn)行效率，使得熱工控制系統(tǒng)逐漸向自動(dòng)化以及智能化轉(zhuǎn)變，而且還能夠有效地節(jié)約生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益，從而為火電廠的生存與發(fā)展發(fā)揮重要作用，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的用電范圍較廣，影響面較大，因此，必須保證電源的質(zhì)量。如果工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)被嚴(yán)重干擾，那么整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)也會(huì)受到嚴(yán)重的損壞，因此，供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)會(huì)在很大程度上對(duì)控制系統(tǒng)的安全性造成直接影響。DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)會(huì)受以下幾個(gè)因素的影響：電源系統(tǒng)的抗干擾性;DCS 的供電應(yīng)不受外部設(shè)備失電的影響;控制系統(tǒng)要求斷電場(chǎng)合的供電電源沒(méi)有重復(fù)配置等。

DCS上層控制系統(tǒng)的供電

DCS上層控制系統(tǒng)包括人機(jī)接口設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)控制站和通訊

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三大核心部分，它們的供電都是獨(dú)立的，嚴(yán)格區(qū)分于室內(nèi)照明系統(tǒng)供電和施工檢修供電，需要持續(xù)、穩(wěn)定、安全的電源。

單回路供電

單回路供電就是只有一路電源供電，或者是UPS供電，或者是EVS供電，它們都有一個(gè)缺點(diǎn)就是當(dāng)一路出現(xiàn)故障后，整個(gè)系統(tǒng)將停止運(yùn)行，優(yōu)點(diǎn)是投資成本小。

單路UPS供電

UPS簡(jiǎn)稱(chēng)不間斷供電電源，是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要元件，穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出的電源保護(hù)設(shè)備。主要由整流器、蓄電池、逆變器等幾部分組成，它們完成交流轉(zhuǎn)直流、直流再轉(zhuǎn)交流，以及電池的充放電過(guò)程。

單路UPS供電，一般就是電氣高壓柜送來(lái)的380VAC直接進(jìn)入U(xiǎn)PS主機(jī)，經(jīng)過(guò)UPS的整流、逆變、電池的充放電，然后由

UPS輸出220VAC到負(fù)載。如圖1所示為單路UPS供電的簡(jiǎn)圖。

單路UPS供電中，正常情況，電氣電經(jīng)過(guò)UPS主機(jī)給電池充電，當(dāng)電氣電由于某種原因掉電，此時(shí)整個(gè)DCS并不會(huì)馬上癱瘓，UPS的儲(chǔ)備電池馬上放電供給負(fù)載，一般設(shè)計(jì)能供給兩小時(shí)的電，在這兩小時(shí)內(nèi)操作人員有足夠的時(shí)間來(lái)處理緊急事故。此時(shí)UPS的穩(wěn)定性和可靠性決定了整個(gè)DCS的穩(wěn)定性。所以必須對(duì)UPS進(jìn)行定期維護(hù)，檢查主機(jī)輸入輸出是否正常，以及電池的充放電是否正常。對(duì)于UPS主機(jī)一般用萬(wàn)用表檢查其輸入輸出輸出電壓是否正常，由于UPS電池組通常是由多個(gè)電池串接的，當(dāng)電池組中的某一個(gè)電池故障了，整個(gè)電池組將不能正常工作，一般用直流燈泡逐個(gè)檢查電池，為了不影響系統(tǒng)運(yùn)行，一般在工藝生產(chǎn)停汽檢修的時(shí)候進(jìn)行。單路UPS供電的缺點(diǎn)就是當(dāng)突然斷電，電池只能供一定時(shí)間的電，而且要保證此時(shí)

UPS的電池是正常的，否則整個(gè)DCS控制系統(tǒng)將癱瘓，而且相對(duì)來(lái)說(shuō)一套可靠的UPS比較昂貴，維護(hù)成本也高。由于UPS的儲(chǔ)能功能及相對(duì)可靠性，單路UPS可作為一般DCS控制系統(tǒng)的供電，也可以作為要求較高的DCS控制系統(tǒng)的主回路供電。

單路EVS供電

EVS簡(jiǎn)稱(chēng)穩(wěn)壓電源，單路EVS供電，就是電氣送來(lái)的380VAC三相電經(jīng)過(guò)EVS之后，直接輸出到負(fù)載，一般EVS都有一個(gè)隔離變壓器來(lái)保證輸出穩(wěn)定的220VAC交流電。如圖2所示為單路EVS供電簡(jiǎn)圖。

單路EVS供電中，由于它不具備儲(chǔ)能功能，當(dāng)電氣電跳閘整個(gè)供電系統(tǒng)將掉電，而且當(dāng)電氣電壓波動(dòng)較大，會(huì)引起EVS的輸出波動(dòng)，甚至損壞EVS，導(dǎo)致輸出中斷，由此整個(gè)控制系統(tǒng)將癱瘓。相對(duì)于其它供電設(shè)備，一套EVS價(jià)格較經(jīng)濟(jì)些，維護(hù)成本小。一般單路EVS供電只用于小型PLC控制系統(tǒng)的供電，而且是生產(chǎn)可以接受其發(fā)生故障的情況下。在DCS控制系統(tǒng)中一般用EVS來(lái)做雙回路供電的副回路，而且選用性能可靠，穩(wěn)壓效果好的EVS。

雙回路供電

為了克服單回路供電的缺點(diǎn)，可以采用雙回路供電，就是一個(gè)DCS控制系統(tǒng)中用兩個(gè)回路的供電系統(tǒng)來(lái)供電，或冗余系統(tǒng)，或冗錯(cuò)系統(tǒng)，這取決于電源切換裝置。

UPS、EVS雙回路切換供電

由于單路UPS具有儲(chǔ)能功能及其高可靠性，可以用于要求高的DCS控制系統(tǒng)供電的主回路供電。為了方便定期的維護(hù)，用比UPS更經(jīng)濟(jì)的EVS來(lái)作為副回路供電。如圖3所示，兩路

供電分別輸出到一電源切換裝置，由電源切換裝置的輸出供給負(fù)載。當(dāng)主回路UPS輸出故障時(shí)，由副回路輸出供給負(fù)載，這樣避免了由于主回路跳閘，電池故障引起的供電故障;此時(shí)必須保證副回路EVS供電是正常的，而且電源切換裝置也比較關(guān)鍵。對(duì)于電源切換裝置，一般都是冗錯(cuò)的，就是正常是主回路供電輸出，當(dāng)主回路輸出掉電后馬上切換副回路輸出，但在這個(gè)切換的過(guò)程中難免有一個(gè)時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差很重要，基本上都是以毫秒為單位的，對(duì)于不同的DCS其可以承受的時(shí)間差有不同的要求，因此各廠家都會(huì)研制自己的電源切換裝置，有的甚至號(hào)稱(chēng)可以做到無(wú)縫切換，絕對(duì)保證系統(tǒng)的無(wú)意外供電;而對(duì)于普通的電源切換裝置都是利用繼電器動(dòng)作的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的，繼電器的常開(kāi)常閉觸電動(dòng)作絕對(duì)是有時(shí)間差的，如果所供電的負(fù)載可以承受這個(gè)時(shí)間差的話可以用普通的切換裝置，但是對(duì)于電廠等的控制系統(tǒng)，其安全性、可靠性、穩(wěn)定性等各方面都要求比較高的地方，還是要選用高可靠的電源切換裝置。

綜上所述，UPS、EVS雙回路切換供電，可以避免單路供電的缺點(diǎn)，但是對(duì)雙回路供電中的電源切換裝置要求比較高，電源切換裝置絕定了整個(gè)DCS的安全性

電源的供電方式

分相供電

電源線的應(yīng)用會(huì)在很大程度上對(duì)干擾系統(tǒng)造成影響，所以在配置供電線路時(shí)，那些會(huì)引起較大干擾的設(shè)備和測(cè)控裝置建議由配電室用屏蔽電纜分不同的線路進(jìn)行供電，如圖1所示。

測(cè)控設(shè)備與動(dòng)力設(shè)備分別供電的方式

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控設(shè)備(比如水泵電機(jī)、電動(dòng)閥門(mén)等)需要使用的交流電源必須能夠承擔(dān)較大的供電量，這是因?yàn)?，如果電源兩端所連接的負(fù)載(用電器)一旦改變，就對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響;如果與電源相連的負(fù)載元件無(wú)法平衡，其電路中心就會(huì)隨之發(fā)生改變。與現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備不同的是，測(cè)控裝置所使用的交流電源不需要承擔(dān)太大的供電量，對(duì)交流電源的要求就是能夠使電壓保持平穩(wěn)，所帶來(lái)的干擾也不能太大。所以，兩種設(shè)備所需要的交流電源不能在同一時(shí)間作業(yè)，具體解決辦法可以參考如下方法。

測(cè)控設(shè)備分開(kāi)供電

當(dāng)缺乏測(cè)控裝置或裝置安裝比較密集時(shí)，就可以選擇啟用相應(yīng)的主配電箱電纜進(jìn)行供電作業(yè)，其供電對(duì)象是起輔助作用的配電箱。這種配電箱的主要任務(wù)是向DCS控制系統(tǒng)供電。在供電期間，要排除所有的用電干擾。主要控制室的大型用電設(shè)備是引起供電期間用電干擾的主要因素，所以需要另外配備相應(yīng)的配電箱，以滿足這些裝置的用電需求，從而達(dá)到各取所需、互不影響的目的。各裝置分開(kāi)供電的設(shè)計(jì)如圖2所示。

動(dòng)力設(shè)備分開(kāi)供電

變壓器的使用因電子控制裝置的需求不同而有所不同，使用高壓母線能夠解決上述問(wèn)題。低壓動(dòng)力負(fù)載作業(yè)間隔時(shí)間較短所帶來(lái)的干擾會(huì)較大，而電網(wǎng)的使用可以起到抑制干擾的作用，并使之衰減，所以，相對(duì)于低壓動(dòng)力電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，高電壓母線所產(chǎn)生的噪聲要小

對(duì)電源系統(tǒng)的隔離

對(duì)交流供電系統(tǒng)的隔離

交流供電系統(tǒng)能夠產(chǎn)生諧波，在遇到雷雨天氣時(shí)會(huì)受到影響，或頻率較高時(shí)都會(huì)產(chǎn)生干擾，為了避免這種情況的發(fā)生，需要對(duì)控制交流電源的相應(yīng)裝置和其他相關(guān)電氣設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。以前，為了減少交流供電系統(tǒng)在不同情況下產(chǎn)生的干擾，通常采取1∶1隔離變壓器提供電源的措施。采用該措施能夠有效減少由電網(wǎng)尖峰脈沖造成的干擾及其帶來(lái)的影響。但是，一般的變壓器無(wú)法達(dá)到這樣的效果，雖然在兩個(gè)繞組之間加入了絕緣裝置，對(duì)一側(cè)產(chǎn)生的噪聲電壓和電流具有抑制和隔離作用，但分布電容的存在會(huì)使交流電網(wǎng)中的噪聲耦合到二次側(cè)。

對(duì)直流供電系統(tǒng)的隔離

采用DC-DC變換器可以起到完全脫離直流電源的效果。這種變換器的使用使得之前被分開(kāi)進(jìn)行供電作業(yè)的裝置也能夠滿足供電需求，原因是用于供電作業(yè)的電源的輸入回路和輸出回路被分開(kāi)了，DC-DC變換器的使用有效降低了電磁干擾對(duì)系統(tǒng)的影響。如果需要將相應(yīng)的控制裝置與其他用電裝置的核心系統(tǒng)分開(kāi)控制，那么就需要為它們配備不同的直流供電系統(tǒng)，以滿足需求。

電源系統(tǒng)的冗余技術(shù)

雙交流電源的冗余技術(shù)

在對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行供電時(shí)，選擇雙交流電源冗余的交流供電方式可以提高供電系統(tǒng)的可靠性。由不同的變電站引出兩路電源，當(dāng)一路出現(xiàn)故障時(shí)，兩路電源間能進(jìn)行自動(dòng)切換。雙交流電源冗余技術(shù)能夠在低壓時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，并實(shí)現(xiàn)兩路電源的自動(dòng)切換。

UPS電源的冗余設(shè)計(jì)

UPS電源的使用能夠?qū)τ?jì)算機(jī)起到很好的保護(hù)作用。雖然UPS具有很好的安全性，但在供電條件發(fā)生變化時(shí)，某些因素也會(huì)使其發(fā)生故障，包括本身電器裝置的老化、某個(gè)元件提前失效等。采用雙機(jī)熱備(冗余技術(shù))可以使DCS控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得到保證，而且DCS控制系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的核心裝置。兩臺(tái)UPS交流電源分別是主機(jī)(1#UPS)和備用機(jī)(2#UPS)，后者的輸出端可接至前者的旁路電源輸入端，兩個(gè)主機(jī)的電源輸入可以采用一個(gè)市電電源。一開(kāi)始，由主機(jī)為控制系統(tǒng)供電。如果主機(jī)遇到問(wèn)題無(wú)法正常供電，就會(huì)自動(dòng)切換至備用機(jī)，由備用機(jī)繼續(xù)為控制系統(tǒng)供電。當(dāng)主機(jī)能夠再次作業(yè)時(shí)，相應(yīng)的開(kāi)關(guān)就會(huì)自動(dòng)由備用機(jī)轉(zhuǎn)到主機(jī)上，這樣，主機(jī)又能夠繼續(xù)為控制系統(tǒng)供電了。為了保證切換中供電的持續(xù)性，需要利用嚴(yán)密的電路對(duì)靜態(tài)開(kāi)關(guān)的切換進(jìn)行控制。

綜上所述，當(dāng)一臺(tái)UPS發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)能夠繼續(xù)供電;維護(hù)時(shí)，UPS功能依然有效，這樣會(huì)延長(zhǎng)兩臺(tái)UPS的壽命;熱備機(jī)的結(jié)構(gòu)可以保證市電失去時(shí)負(fù)載設(shè)備不受影響，從而保證負(fù)載設(shè)備數(shù)據(jù)的完整性和系統(tǒng)安全性等。

在系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)中，DCS 控制系統(tǒng)的供電技術(shù)具有重要的意義。在系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了提高系統(tǒng)的可靠性，除了要考慮原來(lái)系統(tǒng)的自身特征和系統(tǒng)使用的場(chǎng)所等因素外，還要滿足系統(tǒng)所需要的其他條件?？傊?，要綜合考慮各方面的因素，以保證所用供電技術(shù)的合理性。

DCS的供電是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，簡(jiǎn)單的單回路是不可靠的，追求可靠、穩(wěn)定的供電時(shí)，還得考慮投入成本，后期的維護(hù)等;雙回供電路模式可以有效降低風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)瓶頸在電源的切換裝置，為了保證自己的DCS穩(wěn)定運(yùn)行，很多廠家都研發(fā)了自己的電源模塊以及電源切換裝置;熟悉整個(gè)DCS的供電模式，無(wú)論開(kāi)發(fā)人員還是維護(hù)人員都是很重要的。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，電廠汽機(jī)的發(fā)展空間越來(lái)越廣闊。電廠汽機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題會(huì)影響電廠的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此，要利用各種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對(duì)電廠汽機(jī)進(jìn)行不斷的完善。此外，工作人員在汽機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中要進(jìn)行有效的預(yù)防性工作，降低事故的發(fā)生率，并對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的解決，降低損失。