1 石化行业生产装置仪表配置UPS供电系统的必要性

石化行业生产具有高温、高压、易燃、易爆等特点,如果重要装置的控制仪表突然停电,就可能会造成人员伤害、重大环境污染和较大经济损失。SH/T3082-2003《石油化工仪表供电设计规范》明确规定:“仪表及控制系统的用电负荷按SH3038‘石油化工企业生产装置电力设计规范’规定属于一级负荷中特别重要负荷。这类负荷当供电中断时,为确保安全停工及处理事故,不致造成设备损坏和人身伤害事故,不致造成重大经济损失,需要设置UPS。”

一级负荷包括:

(1)安全仪表(联锁)系统(SIS)。

(2)分散型控制系统(DCS)和相关的现场仪表和控制系统。

(3)设备制造厂商提供的关键可编程序逻辑控制器(PLC)和相关仪表。

(4)石油化工生产装置、重要的共用工程系统及辅助生产装置的仪表、自动控制系统。

(5)综合压缩机/透平控制系统(ITCC)，以及关键的压缩机组和泵类机组设备厂商提供的安全仪表。

(6)火灾及可燃气体和有毒气体检测系统(FGS)。

(7)与装置操作和安全相关的重要在线分析仪表。

2 中石化集团公司对UPS供电系统的要求

由于没有统一的配置规范规定,各地企业、不同项目采用了多种UPS配置方案,多数方案并不规范,导致由于UPS系统故障致使仪表供电中断,造成生产停工事故频发。因此集团公司2005年发布了《生产装置过程控制仪表电源配电系统技术管理规定(暂行)》,并于2006年发布IN212-2006《仪表供电设计规定》。对UPS供电系统提出了如下几项要求:

2.1 对UPS供电系统的要求

(1)电源配置方案一般为:双电源、三电源、逆变电源。其中逆变电源方案仅适用于热电站及变电站。

(2)供电系统在负载正常运行后,可以进行UPS离线检修、蓄电池定期维护工作。

(3)电源系统切换装置应能实现无扰动切换。

(4)低压母线的直流馈出回路,需配置隔离及稳压器。

(5)具备两路供电的控制仪表,应具备两路非同期工频交流电源同时工作的条件。

2.2 对UPS电源设备的要求

(1)选用在线式UPS,电源质量符合UPS输出标准时,其逆变器在热备用状态运行,其接线简单可靠。

(2)UPS容量≤40kVA时,宜采用单相输出;>40kVA时采用三相输出。采用三相输出时,UPS必须具备在短期内各相100%不平衡情况下正常工作的能力。

(3)采用单机运行方式。

(4)采用密封阀控式铅酸蓄电池,备用时间一般为15～30min。

(5)UPS容量按新建系统的1.5倍配置。

3 UPS系统方案设计

3.1 系统架构

如图1所示,这是石化行业典型的两电源UPS架构,由两路电源、一台隔离变压器、一台UPS组成。UPS采用双电源回路输入,UPS主电源由电源1提供,UPS旁路电源有电源2提供,同时UPS设置一个脱机维修旁路,允许UPS在故障维修或者更换时,系统仍然能够正常工作。同时DCS系统中的负载分为两个级别,即一般负载和重要负载,重要负载(一级负荷)由UPS系统直接供电,一般负载(三级负荷)由电源2经隔离变压器后供电。

(1)UPS工作原理

UPS由整流器、逆变器、静态旁路、手动维护旁路、电池组构成。市电正常时,UPS将主回路的交流电整流成直流电,对电池充电,同时由逆变器将直流电逆变成与备用电源同频率同相位的高精度交流电,为负载供电。市电异常或中断时,电池对逆变器供电,输出高精度交流电提供给负载。UPS原理架构如图2所示。

（御风）