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DCS电源系统的研究与改造

DCS电源系统的研究与改造

2006/4/30 9:32:00
一、改造的背景与目的   热力公司是滨化集团的龙头单位,负责向化工、中沥公司输送电能、汽能,由于其生产地位的特殊性,生产控制过程中的微小失误将会酿成重大生产事故,所以我们始终把对生产装置的安全稳定运行视为头等大事。为此,我公司热电装置使用美国霍尼韦尔生产的TPS系统进行生产监控和过程控制,使用逻辑控制回路进行装置的安全保护,采用ABB生产的DEH控制系统完成发电机组的速度负荷调节,而联锁信号进入本特例3500分析判断比较后输送给ETS来控制现场设备的动作,TSI、ETS 均为冗余设置,但在运行中我们也清醒地认识到,要保证控制系统可靠地运行,在重视控制系统自身设置的同时,必须重视它们的动力源电源系统的可靠性设计。下面结合公司仪表电源系统现状,针对原设计方案进行分析,提出这一瓶颈问题的解决方法以及故障预想。 二、现系统设备组成和特点 1、 40KVA在线式UPS(AEG)一台,向DCS系统提供高质量的交流电源,起到稳压、稳频、抑制浪涌、尖峰、电噪音的目的。 2、 UPS旁路电压输入范围要求380V±10%,超过范围旁路将无法正常工作。 3、 控制系统中的执行机构由于功率、非线性等原因没有接入UPS,而由电网直接供电,一旦发生停电事故,所有在线调节机构均无法实现调节控制,只能靠操作员工现场手动进行,对安全稳定生产带来了威胁,是一潜在隐患。 4、 ZQ-30双电源切换装置2台,切换时间最短为1秒,不能满足PC机对电源间断时间要求。 三、可预想发生的故障 1、 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控制系统全部断电失控, 造成生产装置事故的扩大。 2、 现场设备密封不严,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,系统断电。 3、 输出电源UPS本身的故障导致电源系统故障,造成系统的失电。 4、 UPS输出总母线长期运行相间绝缘下降,致使UPS输出空气开关过流跳阐 断电造成装置断电跳车。 5、 24VDC供电出现一点接地故障,为生产装置安全运行埋下的大隐患等 等。 6、 系统采用的ASCO汽轮机挂闸电磁阀瞬间掉电,将导致主汽门关闭引起发电机跳闸停车事故。
图一图一 挂闸电磁阀
四、DCS控制指标 1、DCS控制站和操作员站要求供电间断时间不得大于20ms。 2、控制联锁的ETS供电间断时间不得大于11ms。 五、改造设计思想 第一、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法则实行保守设计。 第二、仪表电源应实行双回路供电配置,第一路为UPS,第二路为逆变电源,并各自配置蓄电池,工作时间宜分别大于30min。
图二图二 逆变电源装置
第三、电源额定容量按照仪表实际耗电量总和的2-3倍计算,并且环行向负载母线供电。 第四、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、执行器、行程开关等现场仪表出现短路、接地等准故障时造成的电流冲击承载力。 第五、设计电源故障预报系统,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。 第六、充分使用电气直流屏的220V直流蓄电池组,由于电气蓄电池组采用了优质、长寿命的阀控式免维护蓄电池。可以避免重复投资,降低系统成本,提升安全操作等级。同时由于蓄电池组容量大,电网断电后可提供较长的不间断时间。 六、仪表电源系统改造方案及特点: 第一、正常时由两路380V交流电源向UPS母线供电,一旦两路380V电源电压均跌落,逆变电源系统自动启动,取代外供交流电源向母线正常供电。 第二、变单台UPS为与逆变电源并联运行,向控制与联锁系统提供220VAC电源。正常时由UPS供电,当UPS出现故障时,有逆变电源自动承担全部负荷,仍为一个完整的供电系统。同时可以单独切断UPS进行维护检修。 第三、在仪表侧设置总电流表和分电流表,分别将报警DI点接入DCS报警系统中,由操作员工监视负载发生的报警信号。
图三图三 双电源柜
第四、电缆、空气开关、熔断器等附件按照保守设计的原则选型。 第五、双电源切换装置采用超韩电气公司生产LTM型电子式电源开关,该装置的电源切换时间可以在5MS内完成。 第六、制定系统维护规章,蓄电池坚持一月一次带电检查,及时查出并换掉坏的电池。坚持每天的巡检,及时发现电源系统的珠丝马迹并及时处理,却保电源系统的安全运行。 七、结论 公司发电机组DCS电源系统的改造,既是技术进步的要求,更是安全生产的迫切需要。本次电源系统的技术改造,彻底解决了电源系统(UPS故障)制约安全稳定运行的技术难题,改造工作取得了良好的效果,具有投资费用低、操作方便、易于检修维护等特点。同时UPS与逆变电源以及电厂直流保安电源的联和配套运行,使资源得到了优化配置,极大的提升安全运行周期,同时对今后电厂DCS电源系统的设计有一定的借鉴作用。
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