林洪俊

(中國石油工程建設(shè)公司 華東設(shè)計分公司，山東 青島 266071)

煉油廠主要由工藝裝置、油品罐區(qū)、油品裝卸、公用工程等生產(chǎn)設(shè)施組成。除油品裝卸設(shè)施為間斷操作外，其他都是連續(xù)生產(chǎn)流程。

完備的自動控制是煉油生產(chǎn)過程安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行的保證。隨著煉油廠的發(fā)展，對自動控制的依賴度越來越高，換言之，自控設(shè)備的運(yùn)行水平?jīng)Q定了煉油廠的生產(chǎn)運(yùn)行水平。而自動控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行依賴于可靠的供電，日常工作中習(xí)慣稱為儀表供電。

傳統(tǒng)的儀表供電僅指自動控制系統(tǒng)中有關(guān)儀表設(shè)備本體的供電。筆者認(rèn)為，除此之外，還應(yīng)考慮為控制系統(tǒng)提供運(yùn)行條件的輔助設(shè)施的供電，其運(yùn)行狀況直接影響控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行的能力。

煉油廠自動控制系統(tǒng)供電設(shè)計應(yīng)嚴(yán)格遵循SH/T 3082—2003《石油化工儀表供電設(shè)計規(guī)范》。該規(guī)范對儀表供電范圍、負(fù)荷等級、電源質(zhì)量、電源配置、供電系統(tǒng)設(shè)計、供電器材選擇、電源系統(tǒng)的配線做了規(guī)定。但實(shí)際工程中儀表供電系統(tǒng)設(shè)計存在諸多問題，如： 沒有配備不間斷電源(UPS)，造成儀表供電中斷；UPS配置不合理造成停電；UPS選型不合理，UPS聯(lián)鎖停機(jī)造成停電；供電系統(tǒng)設(shè)計雜亂，裝置間容易誤操作或無法異步檢修。

筆者參與了多次供電事故原因分析，事故原因總結(jié)如下： 自控專業(yè)往往注重儀表設(shè)備本體的有關(guān)設(shè)計，輕視了供電系統(tǒng)的設(shè)計；儀表供電設(shè)計由自控專業(yè)和電氣專業(yè)合作完成，由于分工問題和專業(yè)知識所限，造成儀表供電系統(tǒng)可靠性設(shè)計不完善；儀表供電設(shè)計中所參照的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范偏重于原則性、通用性，缺乏具體實(shí)施方案，對設(shè)計規(guī)范理解不同，致使實(shí)際設(shè)計方案多種多樣，勢必存在部分不正確、不合理、待優(yōu)化的方案。

近年來，煉油廠設(shè)計模式發(fā)生了較大的變化。以前，控制室設(shè)置模式或是全廠/區(qū)域性中心控制室，或是裝置級獨(dú)立控制室，控制系統(tǒng)的控制站和操作站集中于一處?，F(xiàn)在，控制室基本設(shè)置變成現(xiàn)場機(jī)柜室加中心控制室的模式。控制系統(tǒng)由集中布置改為分散布置。面對新模式，儀表供電設(shè)計也應(yīng)有新方案，但實(shí)際情況中供電設(shè)計沒有很好地適應(yīng)這種變化。

近年來，結(jié)合國內(nèi)千萬噸級煉油廠的設(shè)計和國外發(fā)達(dá)國家煉油項(xiàng)目的設(shè)計，筆者進(jìn)行了學(xué)習(xí)與研究，也多次組織業(yè)內(nèi)專家召開研討會，形成了一系列儀表供電設(shè)計方案，并經(jīng)過多個項(xiàng)目從投產(chǎn)、運(yùn)行、維保等實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)、考評，證明設(shè)計方案合理。現(xiàn)把部分方案進(jìn)行梳理，供業(yè)界討論和參考，以便完善和提高，更好地服務(wù)于煉油企業(yè)。

1 供電分類

為合理設(shè)計供電系統(tǒng)，在工程設(shè)計中應(yīng)首先對所涉及的自控專業(yè)所有用電負(fù)荷進(jìn)行分類，負(fù)荷包括儀表設(shè)備本體用電、保證儀表正常工作的輔助設(shè)施用電等，如： DCS，SIS，MCS等生產(chǎn)控制系統(tǒng)的控制站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、操作站等；現(xiàn)場儀表；控制室、機(jī)柜室空調(diào)供電；控制室、機(jī)柜室室內(nèi)照明供電，以此作為儀表供電設(shè)計基礎(chǔ)。

2 供電方案

2.1 中心控制室儀表供電

2.1.1用電特點(diǎn)

中心控制室主要用電設(shè)備包括控制系統(tǒng)操作站、廠級網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、SIS遠(yuǎn)程I/O站或控制站、工程師站、服務(wù)器。設(shè)備用電特點(diǎn)如下：

1) 操作站。為控制系統(tǒng)與操作人員之間的人機(jī)接口設(shè)備，如果操作站失電，操作人員將看不到工藝裝置的運(yùn)行狀態(tài)，無法操作，工藝裝置將有失控的危險，會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。即使在工藝裝置停電后的一定時間內(nèi)，仍然需要操作站正常運(yùn)行，至少是部分操作站能運(yùn)行。因此，操作站供電必須可靠，應(yīng)采用UPS供電，并且應(yīng)采用雙路供電。但是，每個操作站卻只有1路電源接口。

2) 廠級網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)起到控制系統(tǒng)神經(jīng)中樞的作用，一旦失電，中心控制室內(nèi)的操作站、工程師站將與現(xiàn)場的控制站失去聯(lián)系，導(dǎo)致的結(jié)果和操作站失電一樣危險。即使在全廠停電后的一定時間內(nèi)，仍然需要交換機(jī)正常運(yùn)行。因此，交換機(jī)的供電必須可靠，應(yīng)采用UPS供電，并且應(yīng)采用雙路供電。交換機(jī)具有2路電源接口。

3) SIS遠(yuǎn)程I/O站或控制站。布置于中心控制室內(nèi)的SIS遠(yuǎn)程I/O站或控制站用于處理SIS操作臺上的按鈕、開關(guān)、指示燈等信號。遠(yuǎn)程I/O站或控制站失電將導(dǎo)致聯(lián)鎖停車，會帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，SIS遠(yuǎn)程I/O站或控制站供電必須可靠，應(yīng)采用UPS供電，并且應(yīng)采用雙路供電。SIS遠(yuǎn)程I/O站或控制站具有2路電源接口。

4) 工程師站、歷史站、服務(wù)器。單純功能的工程師站僅用于控制系統(tǒng)組態(tài)，工程師站停機(jī)不會造成安全事故，對供電可靠性無特殊要求。但對兼?zhèn)銼OE記錄站、OPC服務(wù)器等功能的工程師站，或兼做操作站，供電要求較高，應(yīng)采用UPS供電。

歷史站主要用于工藝參數(shù)和操作記錄。有的獨(dú)立設(shè)置，有的由操作站兼任，有的由工程師站兼任。盡管純粹意義的歷史站斷電停機(jī)不影響DCS運(yùn)行，但還應(yīng)采用UPS供電，以便全程記錄，包括停電過程和停電后的應(yīng)急處理過程，供事后事故分析。

服務(wù)器分多種，包括網(wǎng)絡(luò)接口服務(wù)器和輔助監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)接口服務(wù)器用于控制系統(tǒng)與工廠LAN，MES，APC等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)突然停機(jī)不影響生產(chǎn)安全，但將影響正常生產(chǎn)管理或生產(chǎn)效率，應(yīng)采用UPS供電。輔助監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器是輔助監(jiān)控系統(tǒng)的核心，雖然為非實(shí)時控制系統(tǒng)，突然停機(jī)也不影響生產(chǎn)安全，但失去監(jiān)控畢竟不利于生產(chǎn)，宜采用UPS供電。

2.1.2供電方案

1) 操作站。根據(jù)上述分析，操作站采用分組供電方式，即把1個裝置的操作站分成A和B 2組，2組功能冗余配置。A組操作站電源來自第1路UPS，B組操作站電源來自第2路UPS。

2) 廠級網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。每臺網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)應(yīng)接2路電源，1路引自第1路UPS，另一路引自第2路UPS。

3) SIS遠(yuǎn)程I/O站或控制站。每個SIS遠(yuǎn)程I/O站或控制站應(yīng)接2路電源，1路引自第1路UPS，另一路引自第2路UPS。

4) 工程師站、歷史站、服務(wù)器。工程師站、歷史站、服務(wù)器電源宜引自1路UPS。如果有多臺工程師站，宜把工程師站分成2組，2組的電源分別引自不同的UPS。

2.1.3供電系統(tǒng)

根據(jù)上述分析，典型的中心控制室儀表供電系統(tǒng)原理如圖1所示。

2.2 現(xiàn)場機(jī)柜室儀表供電系統(tǒng)

2.2.1用電特點(diǎn)

現(xiàn)場機(jī)柜室主要用電儀表設(shè)備包括控制系統(tǒng)控制站、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、工程師站、操作站、服務(wù)器、現(xiàn)場儀表。設(shè)備用電特點(diǎn)如下：

圖1 中心控制室儀表供電原理

1) 控制站?？刂普臼强刂葡到y(tǒng)的核心，一旦失電，控制系統(tǒng)將失效。因此，控制站供電必須可靠，應(yīng)采用UPS供電，并且應(yīng)采用雙路供電。

2) 區(qū)域網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，一旦失電，該現(xiàn)場機(jī)柜室內(nèi)控制站間將失去聯(lián)系，影響控制功能；控制系統(tǒng)與中心控制室內(nèi)的操作站將失去聯(lián)系，導(dǎo)致工藝裝置失控。因此，區(qū)域網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)供電必須可靠，應(yīng)采用UPS供電，并且應(yīng)采用雙路供電。

3) 工程師站。工程師站特點(diǎn)與中心控制室工程師站情況雷同，不再贅述。

4) 操作站?，F(xiàn)場機(jī)柜室的操作站只用于顯示，日常不能操作，供電方面沒有特殊要求，由于數(shù)量很少，每個機(jī)柜室有1～2臺，宜采用UPS供電，有利于裝置停電時查看有關(guān)信息。

5) 服務(wù)器。大部分控制系統(tǒng)采用無服務(wù)器的點(diǎn)對點(diǎn)通信結(jié)構(gòu)，只有部分廠商的控制系統(tǒng)采用“服務(wù)器+客戶機(jī)”的結(jié)構(gòu)。因此，只有選用后一種結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)時，現(xiàn)場機(jī)柜室才有服務(wù)器。這種服務(wù)器對控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要，必須可靠供電，應(yīng)采用UPS供電，并且應(yīng)采用雙路供電。

6) 現(xiàn)場儀表?，F(xiàn)場儀表按用電規(guī)格分為24 V(DC)和220 V(AC)兩種。

24 V(DC)供電儀表主要有檢測儀表、變送器、電氣閥門定位器、電磁閥。這些儀表可靠性要求高，供電不能中斷，應(yīng)采用UPS供電，并且應(yīng)采用冗余的電源。

220 V(AC)用電儀表數(shù)量很少，多數(shù)為在線分析儀，還有少量的流量計。根據(jù)統(tǒng)計，在線分析儀一般不用于實(shí)時控制，從其用途看一般不需要UPS供電。極少數(shù)重要用途的在線分析儀，或突然供電中斷導(dǎo)致分析儀功能受損時，可用UPS 供電。使用220 V(AC)規(guī)格電源的流量計情況與此類似?，F(xiàn)場儀表本體只有1路電源輸入口。

2.2.2供電方案

1) 控制站。每臺控制器應(yīng)接2路電源，1路引自第1路UPS，另一路引自第2路UPS。

2) 區(qū)域網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。每臺網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)應(yīng)接2路電源，1路引自第1路UPS，另一路引自第2路UPS。

3) 工程師站。工程師站電源宜引自1路UPS，如果有多臺工程師站，宜把工程師站分成2組，2組的電源應(yīng)分別引自不同的UPS。

4) 操作站。若有1臺操作站，其電源宜引自1臺UPS，若有2臺或多臺操作站，宜分2組，2組的電源宜分別引自不同的UPS。

5) 服務(wù)器。每臺服務(wù)器應(yīng)接2路電源，1路引自第1路UPS，另一路引自第2路UPS。

6) 24 V(DC)電源現(xiàn)場儀表。通用變送器、閥門定位器，如回路中無隔離式安全柵時，可以通過控制系統(tǒng)I/O卡件供電，通過控制系統(tǒng)已經(jīng)滿足2路UPS供電的需求。

對于回路中有隔離式安全柵或其他外供電的輔助儀表時，或現(xiàn)場儀表不能通過控制系統(tǒng)I/O卡件供電時，儀表供電方案如下：

選用2組直流電源模塊，第1組的交流輸入引自第1路UPS，另一組引自第2路UPS。2組直流電源裝置的直流輸出至同一直流母排，24 V(DC)電源現(xiàn)場儀表從直流母排引電。目前，有一種直流電源裝置，每一臺都可以接入2路交流電源，1路電源中斷時，另一路可以繼續(xù)供電。

7) 220 V(AC)電源現(xiàn)場儀表。對于單路電源供電的儀表，電源直接引用市電或引自某1臺UPS。對于需要雙電源的儀表，供電方案如下： 選用互投器，互投器的2路輸入分別接2路UPS，輸出接供電母排后向儀表供電?；ネ镀鞴ぷ鞣绞剑?正常情況下通過1路UPS供電，該路中斷時自動切換到另一路。切換時間可以根據(jù)負(fù)載要求確定。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，目前所設(shè)計的煉油裝置中尚無這種需求。但筆者調(diào)查了解到個別石化企業(yè)的確使用了該方案。筆者建議，要避免這種情況出現(xiàn)，應(yīng)首先在儀表選型方面避免選用這種儀表，盡量選用24 V(DC)電源的儀表。

另外，對于較大負(fù)荷的在線分析儀，需要UPS供電時，應(yīng)單獨(dú)為其配置UPS裝置。

2.3 現(xiàn)場控制室/區(qū)域控制室儀表供電系統(tǒng)

現(xiàn)場控制室/區(qū)域控制室相當(dāng)于中心控制室與現(xiàn)場機(jī)柜室的合并。供電系統(tǒng)設(shè)計方案已包括在中心控制室和現(xiàn)場機(jī)柜室供電方案中，不再贅述。

圖2 現(xiàn)場機(jī)柜室儀表供電原理

2.4 控制室和機(jī)柜室空調(diào)供電

2.4.1用電特點(diǎn)

空調(diào)設(shè)施用于調(diào)節(jié)控制室、機(jī)柜室的溫度和濕度，為控制系統(tǒng)提供適宜的工作環(huán)境。尤其機(jī)柜間，機(jī)柜發(fā)熱量大，如果機(jī)柜間空調(diào)斷電停機(jī)，機(jī)柜間溫度會快速上升，導(dǎo)致控制系統(tǒng)自動停機(jī)，甚至嚴(yán)重?fù)p壞。筆者曾在南方某煉油廠遇到一案例，機(jī)柜間空調(diào)供電故障停電，在約2 h內(nèi)室內(nèi)溫度由23 ℃升至50 ℃，只得把控制系統(tǒng)主動停機(jī)。

2.4.2供電方案

控制室、機(jī)柜室空調(diào)由電氣專業(yè)直接供電，應(yīng)按一級負(fù)荷供電，或與工藝流程泵供電等級相同。另外，對于空調(diào)系統(tǒng)，宜設(shè)2臺空調(diào)。在1臺空調(diào)停止運(yùn)行時，另1臺能維持室內(nèi)溫度不超過控制系統(tǒng)運(yùn)行條件的上限。

2.4.3供電系統(tǒng)原理

根據(jù)上述分析，典型的現(xiàn)場機(jī)柜室儀表供電系統(tǒng)原理如圖2所示。

2.5 控制室和機(jī)柜室室內(nèi)照明供電

2.5.1用電特點(diǎn)

控制室、機(jī)柜室室內(nèi)照明的目的是保證工藝操作人員的操作與記錄，保證儀表維護(hù)人員維護(hù)控制系統(tǒng)。如果照明中斷，其主要后果是影響操作人員的操作，存在失控的危險。

2.5.2供電方案

控制室、機(jī)柜室照明由電氣專業(yè)負(fù)責(zé)供電。操作室等必須有人操作的地方在市電停電后，其照明應(yīng)按一級負(fù)荷中重要負(fù)荷級別供電，在裝置停電時，仍能在一定時間內(nèi)保證一定照度的照明。其他房間按建筑物照明規(guī)定設(shè)計。

3 其他供電事項(xiàng)

3.1 儲運(yùn)設(shè)施儀表供電

儲運(yùn)設(shè)施包括油品罐區(qū)、油品裝載設(shè)施等。同工藝裝置相比，儲運(yùn)設(shè)施一般為間斷性操作，操作條件平緩，對實(shí)時控制要求較低，對供電可靠性要求比工藝裝置低，使用單UPS可以滿足要求。

3.2 公用工程儀表供電

公用工程包括水、電、汽、風(fēng)等設(shè)施，如凈水廠、循環(huán)水場、污水處理廠、發(fā)電站、配電站、蒸汽鍋爐、空壓站、空分站。公用工程是工藝裝置正常運(yùn)行的前提，對其可靠性要求特別高。因此，公用工程儀表供電的可靠性要求不能低于工藝裝置。

3.3 UPS冗余配置方案

關(guān)于雙UPS的供電方案，市面上有多種組合方案，主要區(qū)別在于UPS的輸入和輸出關(guān)系，其中最典型的是2臺UPS的輸出關(guān)系。早期，常采用2臺UPS輸出并聯(lián)的方案，2臺UPS間采用同步器協(xié)調(diào)。每臺UPS的容量滿足全部負(fù)荷的要求。無論是理論分析，還是供應(yīng)商制造技術(shù)，該方案似乎都是可行的。但經(jīng)過多年運(yùn)行、維護(hù)實(shí)踐證明，該方案故障率很高，常發(fā)生UPS聯(lián)鎖停機(jī)，儀表與控制系統(tǒng)失電，工藝裝置停車等故障。

近十年來，筆者在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，取消了上述輸出并聯(lián)方案，采用了2臺UPS獨(dú)立供電方案，實(shí)踐證明，該方案安全可靠，維護(hù)方便，完全滿足煉油廠儀表供電要求。

3.4 配電柜設(shè)置

儀表用電取自配電柜。目前，中心控制室配電柜設(shè)置基本一致，設(shè)總配電柜，由總配電柜配電到用電設(shè)備?，F(xiàn)場機(jī)柜室配電柜的設(shè)置花樣繁多，常見有三種方案： 按裝置設(shè)配電柜，按控制系統(tǒng)設(shè)配電柜，設(shè)總配電柜。

1) 按裝置設(shè)配電柜方案。該方案主要流程： 每臺UPS輸出至總配電柜；該機(jī)柜室內(nèi)按工藝裝置設(shè)分配電柜；總配電柜配電至分配電柜；分配電柜配電至該裝置所用的各機(jī)柜。當(dāng)只有一個裝置時不設(shè)分配電柜，總配電柜直接配電到各機(jī)柜。

2) 按控制系統(tǒng)設(shè)配電柜。同方案1)相比，該方案分配電柜按控制系統(tǒng)類別設(shè)置，如DCS配電柜、SIS配電柜等。該方案源于控制系統(tǒng)供應(yīng)商集成模式，控制系統(tǒng)各自管各自的供電，包括與各系統(tǒng)相連的儀表供電。

3) 設(shè)總配電柜。每路UPS輸出設(shè)1個配電柜，由該配電柜向各機(jī)柜等用電負(fù)荷直接供電。

方案1)的優(yōu)點(diǎn)是用電管理界面清晰，便于各裝置不同期檢修，用電安全性高；缺點(diǎn)是配電級數(shù)多。方案2)優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計簡單，工作量?。蝗秉c(diǎn)是裝置間界面不清，不利于裝置間獨(dú)立的維護(hù)與檢修，用電安全性較低。方案3)優(yōu)點(diǎn)是配電級數(shù)少；缺點(diǎn)是裝置間界面不清，用電安全性較低。綜合比較，多裝置共用一個機(jī)柜室時，筆者推薦方案1)。

3.5 UPS輸入要求

UPS對輸入有一定的要求，超出條件范圍，UPS會聯(lián)鎖停機(jī)，造成嚴(yán)重后果。但設(shè)計者往往關(guān)注對UPS輸出的要求，而忽略對UPS輸入條件的要求。因此，有些工程的UPS出現(xiàn)頻繁跳閘的現(xiàn)象。這種情況一般發(fā)生在市電電網(wǎng)質(zhì)量不高，或附近經(jīng)常有大負(fù)荷設(shè)備的啟停，筆者曾經(jīng)歷過幾個案例。因此，應(yīng)仔細(xì)核實(shí)UPS的輸入條件，并在UPS規(guī)格書中注明，條件不好時還需特別強(qiáng)調(diào)，以便讓UPS供應(yīng)商做個性化配置。

3.6 UPS輸出要求

目前，UPS輸出分為中線接地式和浮空式兩種。由于儀表供電系統(tǒng)是中線接地式的，要求UPS輸出也應(yīng)是中線接地式。

3.7 UPS狀態(tài)指示

UPS具有一定的自診斷能力，表現(xiàn)為能夠輸出多種狀態(tài)報警，尤其當(dāng)前的UPS智能化程度很高。UPS的狀態(tài)報警對儀表供電可靠性非常重要，可以幫助使用者及時采取各種應(yīng)急預(yù)案。但由于UPS布置于無人值守的UPS間，其報警無人知曉，另外，UPS一般由電氣專業(yè)設(shè)計，由于專業(yè)間的“隔閡”，UPS狀態(tài)報警常常被忽略。因此，在工程設(shè)計中需要重視UPS狀態(tài)報警，應(yīng)主動把報警狀態(tài)信號接入到DCS等控制系統(tǒng)中，使UPS狀態(tài)報警能被及時發(fā)現(xiàn)，及時采取措施。

4 結(jié)束語

儀表供電事關(guān)煉油廠的安全、平穩(wěn)運(yùn)行，在工程設(shè)計中必須高度重視。儀表供電負(fù)荷種類繁多，須分類對待。儀表供電設(shè)計應(yīng)兼顧使用、維護(hù)、管理的需求。儀表供電由電氣、儀表專業(yè)合作完成，應(yīng)注意明晰需求，協(xié)調(diào)一致。

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