CN201839065U - 大型自动控制系统的配电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工业自动控制领域，特别是大型自动控制系统的配电系统；包括保安段电源母线，直流220V电池组电源母线，第一DCS配电柜，第二DCS配电柜，保安段电源母线经第一电源电缆与第一DCS配电柜连接，直流220V电池组电源母线经第二电源电缆与第二DCS配电柜连接，第一电源电缆与第二电源电缆均装有电源开关。它将原系统的第二路交流电源改为直流供电，整体只有二根电缆连接电源供给点和负载。其实质是用直流220V电池电源替代UPS不间断电源系统。它适用于所有工业领域中需配备UPS不间断电源装置的控制系统，简化了为工业自动控制系统供电的电源系统的结构，降低了设备一次投入成本及日常UPS系统自身耗电，减少日后的维护和检修工作。

Description

大型自动控制系统的配电系统

技术领域 本实用新型涉及工业自动控制领域，特别是大型自动控制系统的配电系统。

背景技术 目前，电力、冶金、石化等行业设有自动控制系统的场所中，其配电系统都设计有UPS不间断电源系统，它的作用是防止发生事故时厂自用交流工作电源消失后，控制系统因失电而失去监控作用，导致失去事故的后处理和事故记录过程，从而避免事故的扩大或造成不应有的损失。

在事故发生失去厂自用交流电源时，UPS不间断电源系统是将直流220V蓄电池电源逆变成控制系统所需的交流220V工作电源，以确保失去厂自用电后对生产流程的负面影响降到最小。

所以工业控制领域的控制系统都设计有二套来自不同地方、不同性质的电源为其供电，这二套来自不同地方、不同性质的电源互为备用，就是为了避免自动控制系统失电后对工业流程造成不良后果。

现阶段使用的UPS不间断电源系统存在下述缺陷：

现在工业控制系统使用的UPS不间断电源系统复杂，以2×330MW火力发电厂用的UPS电源系统为例，设备的一次投入高，二台机组设备费约300万元左右，投运后UPS系统自身耗电量大，年耗电约40万kWh，现场安装后的调试工作、日后的维护、检修工作量以及维护检修的工作难度也比较大。

UPS不间断电源系统由很复杂的电路组成，因此自身发生系统故障也很难避免，它的故障对于电源可靠性依赖很高的自控系统来说，产生的后果同样是严重的。

实用新型内容 本实用新型要解决的技术问题在于提供一种结构简单，易于实施，维护检修方便，一次费用投入少的大型自动控制系统的配电系统。

本实用新型解决上述技术问题采取的技术方案如下：一种大型自动控制系统的配电系统，包括保安段电源母线，直流220V电池组电源母线，第一DCS配电柜，第二DCS配电柜，其特征在于：保安段电源母线经第一电源电缆与第一DCS配电柜连接，直流220V电池组电源母线经第二电源电缆与第二DCS配电柜连接，第一电源电缆与第二电源电缆均装有电源开关。

本实用新型将原系统的第二路交流电源改为直流供电，整体只有二根电缆连接电源供给点和负载。

本实用新型的实质是用直流220V电池电源替代UPS不间断电源系统，对于已经装有UPS不间断电源系统的工业自动控制系统来说，只需将直流220V电池组电源母线经电缆与第二DCS配电柜直接连接即可。换言之，已经装有UPS不间断电源系统的工业自动控制系统，不需另配直流蓄电池，只要将现有的UPS不间断电源系统使用的直流蓄电池直接连接到第二配电柜。

本实用新型具备有与现有UPS不间断电源系统同样的不间断电源的技术效果，使工业自动控制系统的供电系统发生极大的改变，大大地简化了为工业自动控制系统供电的电源系统的结构，极大地降低了设备一次投入成本，极大降低了日常UPS系统自身耗电，减少日后的维护和检修工作，消除了UPS系统自身故障对工业自动控制系统产生的不良影响。

以2×330MW火力发电厂的UPS不间断电源系统为例，使用本实用新型，或者说用直流220V电源替代UPS不间断电源后的电源系统，比原电源系统减少进口设备，例如电力变压器、电源开关、电力电缆、UPS不间断电源设备等投资约300万元，减少UPS系统设备(如：隔离变压器、整流变压器、调压变压器、整流器、逆变器、可控硅快速切换开关等)自身年耗电40万kWh以上，今后几乎没有了维护和检修工作。

本实用新型适用于所有工业领域中需配备UPS不间断电源装置的控制系统。

下面对实用新型产生的关键点给予说明与分析：

因为实用新型人熟悉微电子技术，知道现代控制设备的电路工作原理；熟悉UPS不间断电源系统的工作原理与工业控制领域对控制电源的技术要求，所以发现了有重大改进的可能。

第一，本实用新型的理论依据

目前控制设备使用交流220V电源有二种电源转换型式来把交流电源转换成供控制设备使用的直流48V、24V、5V等电压；其一是传统的串联式稳压电源，或称线性调节稳压电源，其二是开关型稳压电源。

串联式稳压电源由工频(50Hz)电源变压器(电源变压器由硅钢片和线圈绕组构成)经不同的绕组转换成合适的电压，再经过整流、滤波、稳压。因为有工频电源变压器，所以该装置只能使用工频交流电源作为能量供给。

开关型稳压电源是近二十年产生的稳压电源，其效率比串联式稳压电源提高了一倍以上，它的优点是：效率高、能耗低、体积小、重量轻、消耗的有色金属少，缺点是电路复杂。但随着微电子技术的发展，复杂的电路已不是限制开关型稳压电源普及的障碍。所以现大多数电气设备均采用开关型稳压电源作为电源转换装置。

1.1 开关型稳压电源工作的基本原理

开关型稳压电源工作的基本原理见图3：交流电源(220V)首先经RFI滤波器给予噪声抑制，再将电源全波整流、滤波，得到了

倍电源的约300V直流电压，再将直流调制成几～几百kHz的高频，交流高频经过铁氧体隔离变压器变压、整流、滤波、形成固定的电压，当电源电压或输出电压有波动时经过反馈改变高频调制器PWM的占空比(或改变交流的频率)，调节稳定铁氧体变压器次级的供出电压。

1.2 开关型稳压电源采用直流220V供电的情况

由于开关型稳压电源首先是将输入的交流电源经过整流、滤波，所以直流220V电源也可直接使用；只是多经过了一次基本没用(但也不碍事)的RFI滤波器、整流，电压比原设计的

电源电压低了近100V，但由于开关型稳压电源有很宽的电源电压(220V)使用范围(可达到-50％、+30％以上)，因此直流220V直接输入开关型稳压电源是能正常工作的。

1.3 由DCS控制系统供电的常用几种设备

a.DPU控制机柜

b.操作员站、工程师站、历史站

c.网络交换机

e.打印机

由于开关型稳压电源优越的技术性能，目前大多数控制设备的电源转换都采用了开关型稳压电源，以上的所有设备电源转换均采用开关型稳压电源；这就为直流220V电源替代UPS不间断电源创造了条件。

由于开关型稳压电源内部设有整流器，因此直流220V电源接入开关型稳压电源也没有极性的要求，也就是不分电源极性，怎么接入均可。

第二，本实用新型的可靠性

DCS的DPU控制机柜接收二路电源，只要有一路电源正常整个机柜就可工作。DCS的DPU控制机柜电源工作原理见图4。

厂自用交流电(保安段电源)与厂自用直流(或蓄电池组)是两种不同性质不同来路的电源，同时出现故障的机率几乎是没有的，而且厂自用直流又是电气和其它热控系统非常重要的电源，因此它的可靠性是可以得到保证的。

电力系统的规程规定：重要控制系统的电源供给要由不同性质、不同来路的两路电源提供，这与厂自用交流电(保安段电源)与厂自用直流(或蓄电池组)是两种不同性质不同来路的电源相吻合。

而且UPS系统自身也有发生故障的机率，所以使用厂自用直流替代UPS系统的故障机率会更低，因此更可靠。

附图说明 图1是本实用新型的结构原理示意图，

图2现阶段某2×330MW电厂一台机组的UPS电源系统图，

图3是开关型稳压电源原理方框图，

图4是DPU控制机柜内电源分配原理图，

图5是目前普遍使用的DCS控制系统设备电源分配图，

图6是应用本实用新型的DCS控制系统设备电源分配图。

图中：1-保安段电源母线，101-第一路保安电源母线，102-第二路保安电源母线10，2-直流220V电池组电源母线，3-第一DCS配电柜，4-第二DCS配电柜，5-第一电源电缆，6-第二电源电缆，7-电源开关，8-调压变压器，9-隔离变压器，10-旁路电源开关，11-可控硅快速切换开关，12-降压变压器，13-整流器，14-隔离二极管，15-逆变器，16-逆变电源开关，17-A网交换机，18-B网交换机，19-A打印机，20-B打印机，21-第一、三、五号操作站，22-第二、四号操作站，23-历史站，24-DPU控制柜，25-工程师站，26-UPS输出母线。

具体实施方式 如图1所示：一种大型自动控制系统的配电系统，包括保安段电源母线1，直流220V电池组电源母线2，第一DCS配电柜3，第二DCS配电柜4，其特征在于：保安段电源母线1经第一电源电缆5与第一DCS配电柜3连接，直流220V电池组电源母线2经第二电源电缆6与第二DCS配电柜4连接，第一电源电缆5与第二电源电缆6均装有电源开关7。

参见图2：现阶段使用的现阶段UPS电源系统结构复杂，UPS系统的本身包括有许多的电子设备，如：隔离变压器9、降压变压器12、调压变压器8、整流器13、逆变器15、可控硅快速切换开关11等；参见图2，以某2×330MW电厂一台机组的UPS电源系统为例，有二路保安电源母线和直流220V电池组电源母线2，二路保安电源母线即第一路保安电源母线101与第二路保安电源母线102，第一路保安电源母线101经第一电源电缆5与第一DCS配电柜3连接，第一路保安电源母线101还有连接到可控硅快速切换开关11的线路，线路上依次串联有电源开关7、调压变压器8、隔离变压器9及旁路电源开关10；

第二路保安电源母线102也有连接到可控硅快速切换开关11的线路，线路上依次串联有降压变压器12、整流器13、逆变器15、隔离变压器9及逆变电源开关16；可控硅快速切换开关11的输出线路经UPS输出母线26、第二电源电缆6等与第二DCS配电柜4连接；

直流220V电池组电源母线输出线路通过隔离二极管14连接到整流器13与逆变器15之间。

比较图1与图2：本实用新型结构极其简单，不仅减少了UPS系统的设备如：隔离变压器、降压变压器、调压变压器、整流器、逆变器、可控硅快速切换开关等的一次投资，以2×330MW火力发电厂的UPS不间断电源系统为例，还可减少UPS系统自身年耗电40万kWh以上。

本实用新型的应用实例

本实用新型在甘肃腊子口二级水电站(3×1.7MW)成功应用近一年。具体作法是将直流220V蓄电池电源直供DCS控制系统的第二路工作电源，期间发生过多次失去厂自用交流电(DCS控制系统的第一路工作电源)，但DCS控制系统因为有直流220V蓄电池直流供电而没有受到影响，达到了UPS不间断电源的效果。

该应用实例减少设备投资15万元，年降低电耗约5万kWh。

使用本实用新型带来的问题及解决方案：

在实施过程中，需要改变部分控制系统的供电设计方案，需要针对被控设备二次直流电源系统制定适当的调整配套措施，以减少直流电池电量的过多消耗；就是将大部分负荷通过分配到交流电源系统，直流电源只供给很少的一部分，仅作为事故情况下的备用电源。

甘肃腊子口二级水电站控制系统电池电源替代UPS电源后控制系统电源分配见图6：

保安段电源母线1经第一电源电缆5输入第一DCS配电柜3，第一DCS配电柜3输出端与数个DCS的DPU控制柜24连接，作为数个DCS的DPU控制柜24的第一路工作电源；第一DCS配电柜3输出端还与第一、三、五号操作站21连接，第一DCS配电柜3输出端还与A网交换机17、工程师站25和A打印机19与B打印机20连接；

厂用直流220V电池组电源母线2经第二电源电缆6输入第二DCS配电柜4，第二DCS配电柜4输出端也与数个DCS的DPU控制柜24连接，作为数个DCS的DPU控制柜24的第二路工作电源；第二DCS配电柜4还与第二、四号操作站22连接，第二DCS配电柜4还与B网交换机18及历史站23连接。

图5为目前普遍使用的控制系统设备电源分配，与本实施应用例的电源分配不同的仅仅是将A打印机与B打印机这两部打印机的电源安置在交流侧，以减少直流系统的负荷。

Claims (2)

1.一种大型自动控制系统的配电系统，包括保安段电源母线，直流220V电池组电源母线，第一DCS配电柜，第二DCS配电柜，其特征在于：所述保安段电源母线(1)经第一电源电缆(5)与第一DCS配电柜(3)连接，所述直流220V电池组电源母线(2)经第二电源电缆(6)与第二DCS配电柜(4)连接，所述第一电源电缆(5)与所述第二电源电缆(6)均装有电源开关(7)。

2.如权利要求1所述的一种大型自动控制系统的配电系统，其特征在于：所述第一DCS配电柜(3)输出端与数个DCS的DPU控制柜(24)连接，作为数个DCS的所述DPU控制柜(24)的第一路工作电源；所述第一DCS配电柜(3)输出端还与第一、三、五号操作站(21)连接，所述第一DCS配电柜(3)输出端还与A网交换机(17)、工程师站(25)和A打印机(19)与B打印机(20)连接；所述第二DCS配电柜(4)输出端也与数个DCS的所述DPU控制柜(24)连接，作为数个DCS的所述DPU控制柜(24)的第二路工作电源；所述第二DCS配电柜(4)还与第二、四号操作站(22)连接，所述第二DCS配电柜(4)还与B网交换机(18)及历史站(23)连接。

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