控制系统电源装置可靠性研究与应用

控制系统电源装置可靠性研究与应用

孙璠

河北大唐国际唐山热电有限责任公司 063020

摘要：当前电力生产系统中广泛应用了集散控制系统，运用中有效提升了发电过程的自动化水平，但是在实际运行过程中需要考虑机组运行的安全性与稳定性，由于使用年限较长等多种原因容易导致控制系统失灵，对机组运行的稳定性产生了不良影响。本文分析了提升控制系统电源装置可靠性的必要性，分析当前热工220V控制电源运行中存在的不足，并对此给出相应的改善对策，对提升控制系统电源装置可靠性提供了一定建议。

关键词：控制系统；电源装置；可靠性分析

在工业生产用电领域中要求能够保证负载用电的可靠性。为了提高负载的用电可靠性，一般供电系统采用双电源供电，例如双路市电、一路市电加一路UPS。双电源使用中要求考虑如何安全、快速、有效地切换直接影响负载的用电可靠性，尤其是很多设备可接受的停电时间极其苛刻，都难以有效此种应用效果，要求高速静态无触点切换开关以及快速掉电检测能快速、安全、有效地实现双电源切换。

1.提升控制系统电源装置可靠性的必要性分析

热工220V控制电源主要来自于保安电源和全场UPS不间断电源，其中至少保证一路电源来自不间断电源。可见系统运行对供电要求较高，要求保证供电的可靠性，220V交流双电源切换用的式接触器继电器模式运行中存在以下特征。切换速度慢，切换时间在15ms-30ms之间，切换不能DCS监控系统，PLC等重要系统的要求，容易造成工程师站死机、重启等异常事件。由于该切换装置未采取任何抑制过电压的措施，切换过程中容易产生过电压，造成其他设备的损坏。接触器继电器切换模式由于存在线圈的保持功能，往往会出现低电压不切换的情况。针对此种局面，要求不断改进此种操作方式，构建一种新的控制系统电源装置，增强可靠性。

2.目前部分控制系统电源交流双电源运行局限性

当前部分厂商总电源采用接触器切换模式，可以将220伏热工总电源柜更换为静态开关切换，目前采用接触器63安，具体静态开关的电流需要进行测量和测算，建议使用40安或63安的装置。220V/24V柜内只有两个老旧的24伏装置，建议更换新的24伏装置，冗余配置。汽机电源柜内切换装置为西安航天JQ-4K切换装置，功率为4KW，电流约为18安，此种装置切换时间较快，但是故障率高，并且带有风扇，往往使用时间较长，建议更换为20安额定电流的静态开关切换装置。

电源柜内切换装置也是接触器，其中一台接触器噪音较大，可以更换为静态开关切换，220伏空开63安，实际电流难于达到，可以实测和计算之后定度。该柜内24伏装置已经老旧，应当予以更换。

图1 热工控制电源柜

电源柜内切换装置交流220V和24/48伏联合运用了三个厂家的产品，220伏切换装置原理不明，但是该柜装置已经老旧，应当予以更换，交流装置建议更换16安或20安装置，24/48伏装置课可以更换为10安装置。

3.提升控制系统电源装置的解决方案

3.1优化机械部件与元器件

要求针对电源机械设备进行必要的检查与维护，重点检测自动化控制设备的元器件，这与设备运行效率、使用年限、产品质量等有一定的关系。由此在使用过程中要求结合电气自动化控制设备的实际运行情况选择适宜的元器件，并严格依据相关的设计标准开展工作。针对元器件具体的型号以及使用现状等，进行必要的维护，及时解决相关运行中出现的问题。为此要求结合设备的实际运行状态与设备具体参数，充分掌握设备使用性能与运行条件，以此保证设备能够处于良好的运行状态，由此不断改进设备的运行环境，并对系统运行开展必要的防尘、通风与温度控制工作，减少外界因素对设备运行可能造成的不良影响。为此要求电气设备操作人员具备较为丰富的工作经验与操作技能，能够实现电气操作理论知识与具体操作实践之间的有效结合，并在作业过程中能够保持良好的安全管理意识与设备维护保养意识，实现对设备的正确操作，减少错误操作率。

3.2改善设备的运行环境

为了更好地保证设备运行的综合性能，对设备运行创建良好的运行环境，从而更好地提升设备运行的可靠性。在控制系统电源装置投入生产之后，要求与系统运行的可靠性有效结合，针对电磁波、气候等对设备装置可能造成的不良影响，采取必要的防护措施。在气温过高时，容易出现机器失灵现象，损害了机器内部结构。在温度过低时，机器设备长期处于潮湿环境容易侵蚀设备的内部结构，并可能损伤设备的绝缘体。技术人员可以联合采用多种现代化的操作技术，结合生产周年环境、气候变化情况等，定期巡视与分析，增强分析的全面性与系统性，结合设备性特征，针对设备运行采取必要的防护措施。

3.3具体操作措施

针对目前220V交流电源切换，传统的机械式模式已经难以满足使用要求，因此可以采用珠海中瑞公司开发的ZR-STS系列静态开关切换模式，切换时间小于5ms,能够满足热工电源的切换要求。静态转换开关适用于两路独立交流供电间相互切换的场合与传统自动转换开关ATS不同，静态开关的转换速度极快，能够达到5ms以内。静态转换开关自带控制与防护系统的双向晶闸管开关组成，由于晶闸管的导通时间快，基本小于200us。由此将同步电源系统可以做到5ms之内，该产品使用优势明显，主要表现在以下方面。

采用快速关断双向晶闸管作为执行元件，配以高速DSP核心控制模块。5ms切换，既能满足负载的电源切换要求，又能防止两路电源并联。状态在线实时监测，具备远方报警信号。具有短路保护功能与旁路维修功能。设置珠海中瑞24/48伏电源模块，电源模块效率高达95%，具有过热、过载、短路等保护功能，能够提供状态干接点输出，可提供1.25倍以上额定瞬间电流输出，采用自然散热模式，并且优化散热结构，内部发热均匀，避免局部高温，支持导轨式安装、侧面贴装等多种安装方式，直流电源支持并机运行，各模块在线更换，维护方便，直流电源模块之间通过并机冗余模块相互隔离，避免相互影响，电源模块做冗余时可以配合ZR-201并机模块共同使用，如下图2：

图2 珠海中瑞24/48伏电源模块

电源设备运行中要求采取必要的安全防护措施，加强对设备必要的检修与维护工作，针对设备运行构建相应的维护参数，及时了解设备运行中的缺陷，并对此采取相应的维护措施。

4.结束语

本文针对工业系统电源当前运行中的不足提出了一定的改进方式，与当年工业设备发展现状与要求相结合，设计了相应的改进方式，各项改进措施符合技术操作原理，优化电气设备元器件选择，要求严格参照相关的作业标准，不断优化电气控制系统电源装置的性能。结合外部运行环境、气候变化等综合采取改善措施，以此更好地增强系统运行的稳定性、安全性，通过对设备进行改进，取得了良好的运行效果。

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