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    儀表直流電源系統在控制系統中的地位是極其重要的，不論什么系統離開了可靠的電力供應都將一事無成。雖然多年來人們一直在使用各種電源，但是國內高等級的直流電源產品仍然沒有得到很好的應用。原因之一，是與傳統電源產品相比價格略貴；其二是高品質電源的優良性能并不為更多的人所了解；其三是傳統思想在設計、應用、采購人員的頭腦中根深蒂固，維系現狀不愿更改，這是主要原因；其四是電源標準偏低沒有及時修訂，沒有起到標準應有的作用。

    在電動儀表改為氣動儀表后的初期階段人們采用的電源大多是國產初級電子穩壓產品。隨著引進產品的增多，電源的品質也隨之加強，但并沒有向控制系統的技術發展那樣得到重視和得到進一步應用，這造就了現在過程控制系統所用的控制系統價格昂貴而其供電系統的價格低廉、品質低下的尷尬局面。

1  控制系統電源風險及危害

    石油化工裝置多為易燃易爆介質，安全檢測與控制系統良好的運行將會極大地保證系統安全、平穩、長周期運行。而供電系統的可靠性則在過程控制系統及過程安全聯鎖保護系統中起到重要作用。對減少火災、減少爆炸危險作用不言而喻。對于非故障安全型控制系統，一旦失電，工藝過程的控制設備就不能處于安全位置，易燃易爆物質可能出現泄漏、發生副反應、甚至發生火災或爆炸。容易發生“該處于安全位置而因失電不能處于安全位置”的嚴重后果，風險很大。由此產生的后果也非常嚴重。國內煉油化工行業因此造成的事故屢見不鮮，教訓慘痛。

    對于故障安全型系統，一旦失電，會造成工藝裝置或單元不該停車而停車的風險，國內因電源故障造成的誤停車的例子很多，直接影響了裝置的長周期運轉，經濟損失非常大。

    從一個個沉痛教訓中，人們逐減清楚地認識到了電源系統的重要性，積極采用高品質、高技術、高可靠性的電源系統。從系統設計到電源產品都在逐步得到完善，從而使得整個過程控制系統及現場儀表的供電得到極大提升，安全、可靠性大大提高。

2  儀表直流電源系統存在的問題

    供電系統設計存在隱患，一是老標準下的直流穩壓電源都是單回路供電，所有直流穩壓電源都只可以接收一路交流供電，結果是一旦交流電失電，整個直流供電系統全部癱瘓，說明單回路供電并不完善，甚至存在安全隱患。二是老標準下的電源產品無內藏解耦二級管。從技術上講，這種電源是不能并聯運行的。但實際上很多單位為了增大電源系統的供電能力，強行將電源并聯。為了解決電源間耦合問題，在每個電源輸出端正極上外加了大功率二級管作解耦使用。這樣雖然解決了耦合問題，但是，同時又帶來了新的問題：首先是二級管本身不具有自診斷功能，無法診斷自身的好壞，造成二級管運行狀態不受監控，人們事先不清楚是否有隱患是，一旦二級管壞了，隱患將更大。其次是雖然有了解耦二級管，但并沒有解決負載平衡問題，多臺電源并聯運行，不同的直流穩壓電源輸出不一樣，造成電源間電流沖擊，使負載較小的直流穩壓電源容易損壞。再次是直流穩壓電源的診斷功能不包括對外界解耦二級管的運行狀態的檢測，不能提供完整診斷信息，操作人員不能了解完整的電源系統的健康信息。

3  新標準對電源系統的要求

    在新標準SH/T3082-2003中對電源產品的技術性能提出了更外嚴格的要求，新標準下，條文說明5.3.4中對并聯運行的直流穩壓電源的容量配置及冗余的設置做了明確說明，并聯運行的直流穩壓電源的容量配置及冗余，應符合下列要求：

    (1)  采用并聯方式配置，其總容量應大于或等于儀表系統直流電源的計算容量。
    (2)  采用n:1（n為1，2……等自然數，一般小于5）冗余方式。
    (3)  并聯運行的直流穩壓電源應有運行保護電路（內藏解耦二極管）。
    (4)  并聯運行的直流穩壓電源應有負載平衡功能（Current Share-Line）。該功能可使所并聯運行的直流穩壓電源輸出完全相同，保證所有電源能夠安全、平穩、可靠地運行。
    (5)  只有同時具有(2)、(3)、(4)功能的直流穩壓電源，才能構成真正冗余的直流供電系統。
    (6)  在并聯運行的每個直流穩壓電源的輸入端和輸出端均宜設置空氣開關。
    (7)  宜采用并聯運行的直流穩壓電源，不宜采用底版結構的模塊化電源。

4  標準規定的電源形式

    (1)  帶內藏解耦二級管，解決了電源診斷問題和電源間耦合問題。
    (2)  帶負載平衡功能，解決了多臺穩壓電源并聯負載不平衡問題，可以大大延長電源壽命，保證電源系統的平穩運行。負載平衡功能的等效原理如圖1所示。

    (3)  規定最多并聯電源的數量（最多5臺），充分發揮電源的效率，盡管理論上可以并聯更多電源。
    (4)  電源的輸入輸出端設置空氣開關對于電源的在線更換提供了靈活方便的手段，使電源配線更為合理。

不宜采用底板結構的直流穩壓電源，基于如下四個方面的考慮。

    (1)  技術上講，一個底板上可以安裝多個模塊電源，實際上已經構成了多臺并聯運行，如果多個底板電源并聯，將不能保證最多并聯5臺電源的規定。物理上可能是5臺電源的并聯，實際上卻是15臺在并聯運行。
    (2)  底板式的電源的風險過于集中，不符合風險分散的原則。底板故障將影響所有底板上的電源模塊。
    (3)  底板電源間不能實現負載平衡功能。
    (4)  不能在每一個電源模塊上設置輸入輸出空氣開關，無法保證電源模塊的靈活更換。

    新標準針對穩壓電源的選用，電源的功能做了明確說明。很多過去經常使用的廉價的直流穩壓電源已不能滿足新標準的要求。很顯然，這將對過去人們的一貫行為產生較大影響，使技術人員轉而去選用那些真正高檔次、高技術、高質量的電源產品，數百元或數千元人民幣的低端電源產品將會被排斥在設計選型范圍之外。

5  標準的使用

    從工程應用上，如何尊重標準靈活運用標準，從而構成完善而可靠的直流穩壓電源系統，將是一個十分現實的問題。

    在工程應用中，將標準與產品的特性相結合，構筑高可靠性直流電源供電系統，具有十分積極的意義。

針對前述直流電源接受單路或雙路交流供電的狀況，結合新標準規范，本文對構成直流穩壓電源系統建議如下：

    (1)  在只能提供單路交流供電的場合，應采用N:1冗余電源系統。
    (2)  對于可以提供雙路交流供電的場合，不論雙路電源是來自兩套UPS，或是一路交流電來自UPS另一路交流電來自普通交流電GPS，應采用1:1或2:2冗余電源系統。其優點是：即可實現冗余運行，又可以實現雙回路供電；即考慮了電源自身故障的風險，又考慮了交流供電故障的風險。采用上述供電方式后，直流供電系統的安全型可靠性達到最高級別，在重要場合應用，可以保證萬無一失。但是，只有個別高端電源產品（如TRACO POWER 電源等）才能實現雙回路交流供電系統。
    (3)  各種電源系統方案對比如表1所示。

    由表1可以看出，由于N:1冗余的限制，雙回路交流供電系統的直流電源模塊最多4塊。由此可以看出，底板式電源不適用，也證明新標準所述是合理的。

6  結語

    正確設計好儀表直流電源系統對于儀表及控制系統的安全至關重要。隨著技術人員對新標準認識的不斷加深，對標準意識的不斷加強，對新的高技術高質量產品的進一步了解，相信技術人員最終會走出誤區。標準規范會代替習慣做法，價格低廉并不代表技術性能最優化。過去用廉價低檔電源產品支撐價格昂貴的先進的控制系統及儀表的習慣最終會被新標準新產品所取代，人們不斷追求安全性可靠性，儀表直流電源系統會越來越完善，儀表控制系統會真正意義上達到最大安全。