DCS控制系统的供电技术 - 全文

　　随着科学技术的不断发展，越来越多的高科技信息技术被广泛的应用在各个行业与各领域当中，电厂也不例外。目前，我国电厂已经在热工控制系统当中广泛地应用DCS，此系统不但可以有效提高电厂机组的运行安全，大大提升运行效率，使得热工控制系统逐渐向自动化以及智能化转变，而且还能够有效地节约生产成本，提高企业的社会效益及经济效益，从而为火电厂的生存与发展发挥重要作用，进而促进我国经济的发展。

　　工业现场的用电范围较广，影响面较大，因此，必须保证电源的质量。如果工业现场被严重干扰，那么整个自动化控制系统也会受到严重的损坏，因此，供电系统的设计会在很大程度上对控制系统的安全性造成直接影响。DCS控制系统的设计会受以下几个因素的影响：电源系统的抗干扰性；DCS 的供电应不受外部设备失电的影响；控制系统要求断电场合的供电电源没有重复配置等。

　　DCS上层控制系统的供电

　　DCS上层控制系统包括人机接口设备、现场控制站和通讯

　　网络系统三大核心部分，它们的供电都是独立的，严格区分于室内照明系统供电和施工检修供电，需要持续、稳定、安全的电源。

　　单回路供电

　　单回路供电就是只有一路电源供电，或者是UPS供电，或者是EVS供电，它们都有一个缺点就是当一路出现故障后，整个系统将停止运行，优点是投资成本小。

　　单路UPS供电

　　UPS简称不间断供电电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压稳频输出的电源保护设备。主要由整流器、蓄电池、逆变器等几部分组成，它们完成交流转直流、直流再转交流，以及电池的充放电过程。

　　单路UPS供电，一般就是电气高压柜送来的380VAC直接进入UPS主机，经过UPS的整流、逆变、电池的充放电，然后由

　　UPS输出220VAC到负载。如图1所示为单路UPS供电的简图。

　　

　　单路UPS供电中，正常情况，电气电经过UPS主机给电池充电，当电气电由于某种原因掉电，此时整个DCS并不会马上瘫痪，UPS的储备电池马上放电供给负载，一般设计能供给两小时的电，在这两小时内操作人员有足够的时间来处理紧急事故。此时UPS的稳定性和可靠性决定了整个DCS的稳定性。所以必须对UPS进行定期维护，检查主机输入输出是否正常，以及电池的充放电是否正常。对于UPS主机一般用万用表检查其输入输出输出电压是否正常，由于UPS电池组通常是由多个电池串接的，当电池组中的某一个电池故障了，整个电池组将不能正常工作，一般用直流灯泡逐个检查电池，为了不影响系统运行，一般在工艺生产停汽检修的时候进行。单路UPS供电的缺点就是当突然断电，电池只能供一定时间的电，而且要保证此时

　　UPS的电池是正常的，否则整个DCS控制系统将瘫痪，而且相对来说一套可靠的UPS比较昂贵，维护成本也高。由于UPS的储能功能及相对可靠性，单路UPS可作为一般DCS控制系统的供电，也可以作为要求较高的DCS控制系统的主回路供电。

　　单路EVS供电

　　EVS简称稳压电源，单路EVS供电，就是电气送来的380VAC三相电经过EVS之后，直接输出到负载，一般EVS都有一个隔离变压器来保证输出稳定的220VAC交流电。如图2所示为单路EVS供电简图。

　　

　　单路EVS供电中，由于它不具备储能功能，当电气电跳闸整个供电系统将掉电，而且当电气电压波动较大，会引起EVS的输出波动，甚至损坏EVS，导致输出中断，由此整个控制系统将瘫痪。相对于其它供电设备，一套EVS价格较经济些，维护成本小。一般单路EVS供电只用于小型PLC控制系统的供电，而且是生产可以接受其发生故障的情况下。在DCS控制系统中一般用EVS来做双回路供电的副回路，而且选用性能可靠，稳压效果好的EVS。

　　双回路供电

　　为了克服单回路供电的缺点，可以采用双回路供电，就是一个DCS控制系统中用两个回路的供电系统来供电，或冗余系统，或冗错系统，这取决于电源切换装置。

　　UPS、EVS双回路切换供电

　　由于单路UPS具有储能功能及其高可靠性，可以用于要求高的DCS控制系统供电的主回路供电。为了方便定期的维护，用比UPS更经济的EVS来作为副回路供电。如图3所示，两路

　　供电分别输出到一电源切换装置，由电源切换装置的输出供给负载。当主回路UPS输出故障时，由副回路输出供给负载，这样避免了由于主回路跳闸，电池故障引起的供电故障；此时必须保证副回路EVS供电是正常的，而且电源切换装置也比较关键。对于电源切换装置，一般都是冗错的，就是正常是主回路供电输出，当主回路输出掉电后马上切换副回路输出，但在这个切换的过程中难免有一个时间差，这个时间差很重要，基本上都是以毫秒为单位的，对于不同的DCS其可以承受的时间差有不同的要求，因此各厂家都会研制自己的电源切换装置，有的甚至号称可以做到无缝切换，绝对保证系统的无意外供电；而对于普通的电源切换装置都是利用继电器动作的原理来实现的，继电器的常开常闭触电动作绝对是有时间差的，如果所供电的负载可以承受这个时间差的话可以用普通的切换装置，但是对于电厂等的控制系统，其安全性、可靠性、稳定性等各方面都要求比较高的地方，还是要选用高可靠的电源切换装置。

　　

　　综上所述，UPS、EVS双回路切换供电，可以避免单路供电的缺点，但是对双回路供电中的电源切换装置要求比较高，电源切换装置绝定了整个DCS的安全性

　　电源的供电方式

　　分相供电

　　电源线的应用会在很大程度上对干扰系统造成影响，所以在配置供电线路时，那些会引起较大干扰的设备和测控装置建议由配电室用屏蔽电缆分不同的线路进行供电，如图1所示。

　　

　　测控设备与动力设备分别供电的方式

　　现场测控设备（比如水泵电机、电动阀门等）需要使用的交流电源必须能够承担较大的供电量，这是因为，如果电源两端所连接的负载（用电器）一旦改变，就对系统产生较大的影响；如果与电源相连的负载元件无法平衡，其电路中心就会随之发生改变。与现场被控设备不同的是，测控装置所使用的交流电源不需要承担太大的供电量，对交流电源的要求就是能够使电压保持平稳，所带来的干扰也不能太大。所以，两种设备所需要的交流电源不能在同一时间作业，具体解决办法可以参考如下方法。

　　测控设备分开供电

　　当缺乏测控装置或装置安装比较密集时，就可以选择启用相应的主配电箱电缆进行供电作业，其供电对象是起辅助作用的配电箱。这种配电箱的主要任务是向DCS控制系统供电。在供电期间，要排除所有的用电干扰。主要控制室的大型用电设备是引起供电期间用电干扰的主要因素，所以需要另外配备相应的配电箱，以满足这些装置的用电需求，从而达到各取所需、互不影响的目的。各装置分开供电的设计如图2所示。

　

　　动力设备分开供电

　　变压器的使用因电子控制装置的需求不同而有所不同，使用高压母线能够解决上述问题。低压动力负载作业间隔时间较短所带来的干扰会较大，而电网的使用可以起到抑制干扰的作用，并使之衰减，所以，相对于低压动力电网来说，高电压母线所产生的噪声要小

　　对电源系统的隔离

　　对交流供电系统的隔离

　　交流供电系统能够产生谐波，在遇到雷雨天气时会受到影响，或频率较高时都会产生干扰，为了避免这种情况的发生，需要对控制交流电源的相应装置和其他相关电气设备进行改进。以前，为了减少交流供电系统在不同情况下产生的干扰，通常采取1∶1隔离变压器提供电源的措施。采用该措施能够有效减少由电网尖峰脉冲造成的干扰及其带来的影响。但是，一般的变压器无法达到这样的效果，虽然在两个绕组之间加入了绝缘装置，对一侧产生的噪声电压和电流具有抑制和隔离作用，但分布电容的存在会使交流电网中的噪声耦合到二次侧。

　　对直流供电系统的隔离

　　采用DC-DC变换器可以起到完全脱离直流电源的效果。这种变换器的使用使得之前被分开进行供电作业的装置也能够满足供电需求，原因是用于供电作业的电源的输入回路和输出回路被分开了，DC-DC变换器的使用有效降低了电磁干扰对系统的影响。如果需要将相应的控制装置与其他用电装置的核心系统分开控制，那么就需要为它们配备不同的直流供电系统，以满足需求。

　　电源系统的冗余技术

　　双交流电源的冗余技术

　　在对控制系统进行供电时，选择双交流电源冗余的交流供电方式可以提高供电系统的可靠性。由不同的变电站引出两路电源，当一路出现故障时，两路电源间能进行自动切换。双交流电源冗余技术能够在低压时对系统进行保护，并实现两路电源的自动切换。

　　UPS电源的冗余设计

　　UPS电源的使用能够对计算机起到很好的保护作用。虽然UPS具有很好的安全性，但在供电条件发生变化时，某些因素也会使其发生故障，包括本身电器装置的老化、某个元件提前失效等。采用双机热备（冗余技术）可以使DCS控制系统的稳定性和可靠性得到保证，而且DCS控制系统是整个设备系统的核心装置。两台UPS交流电源分别是主机（1#UPS）和备用机（2#UPS），后者的输出端可接至前者的旁路电源输入端，两个主机的电源输入可以采用一个市电电源。一开始，由主机为控制系统供电。如果主机遇到问题无法正常供电，就会自动切换至备用机，由备用机继续为控制系统供电。当主机能够再次作业时，相应的开关就会自动由备用机转到主机上，这样，主机又能够继续为控制系统供电了。为了保证切换中供电的持续性，需要利用严密的电路对静态开关的切换进行控制。

　　综上所述，当一台UPS发生故障时，另一台能够继续供电；维护时，UPS功能依然有效，这样会延长两台UPS的寿命；热备机的结构可以保证市电失去时负载设备不受影响，从而保证负载设备数据的完整性和系统安全性等。

　　在系统可靠性设计中，DCS 控制系统的供电技术具有重要的意义。在系统的实际设计中，为了提高系统的可靠性，除了要考虑原来系统的自身特征和系统使用的场所等因素外，还要满足系统所需要的其他条件。总之，要综合考虑各方面的因素，以保证所用供电技术的合理性。

　　DCS的供电是一个复杂的系统，简单的单回路是不可靠的，追求可靠、稳定的供电时，还得考虑投入成本，后期的维护等；双回供电路模式可以有效降低风险，技术瓶颈在电源的切换装置，为了保证自己的DCS稳定运行，很多厂家都研发了自己的电源模块以及电源切换装置；熟悉整个DCS的供电模式，无论开发人员还是维护人员都是很重要的。

　　随着经济的发展和科技的进步，电厂汽机的发展空间越来越广阔。电厂汽机在运行过程中出现的各种问题会影响电厂的经济效益和社会效益，因此，要利用各种先进的科学技术对电厂汽机进行不断的完善。此外，工作人员在汽机运行的过程中要进行有效的预防性工作，降低事故的发生率，并对出现的问题进行及时的解决，降低损失。