儀表直流電源系統(tǒng)在控制系統(tǒng)中的地位是極其重要的，不論什么系統(tǒng)離開了可靠的電力供應(yīng)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(nèi)高等級的直流電源產(chǎn)品仍然沒有得到很好的應(yīng)用。原因之一，是與傳統(tǒng)電源產(chǎn)品相比價格略貴；其二是高品質(zhì)電源的優(yōu)良性能并不為更多的人所了解；其三是傳統(tǒng)思想在設(shè)計、應(yīng)用、采購人員的頭腦中根深蒂固，維系現(xiàn)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(yīng)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(chǎn)初級電子穩(wěn)壓產(chǎn)品。隨著引進產(chǎn)品的增多，電源的品質(zhì)也隨之加強，但并沒有向控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展那樣得到重視和得到進一步應(yīng)用，這造就了現(xiàn)在過程控制系統(tǒng)所用的控制系統(tǒng)價格昂貴而其供電系統(tǒng)的價格低廉、品質(zhì)低下的尷尬局面。

1  控制系統(tǒng)電源風險及危害

    石油化工裝置多為易燃易爆介質(zhì)，安全檢測與控制系統(tǒng)良好的運行將會極大地保證系統(tǒng)安全、平穩(wěn)、長周期運行。而供電系統(tǒng)的可靠性則在過程控制系統(tǒng)及過程安全聯(lián)鎖保護系統(tǒng)中起到重要作用。對減少火災(zāi)、減少爆炸危險作用不言而喻。對于非故障安全型控制系統(tǒng)，一旦失電，工藝過程的控制設(shè)備就不能處于安全位置，易燃易爆物質(zhì)可能出現(xiàn)泄漏、發(fā)生副反應(yīng)、甚至發(fā)生火災(zāi)或爆炸。容易發(fā)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(chǎn)生的后果也非常嚴重。國內(nèi)煉油化工行業(yè)因此造成的事故屢見不鮮，教訓慘痛。

    對于故障安全型系統(tǒng)，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(nèi)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(zhuǎn)，經(jīng)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(tǒng)的重要性，積極采用高品質(zhì)、高技術(shù)、高可靠性的電源系統(tǒng)。從系統(tǒng)設(shè)計到電源產(chǎn)品都在逐步得到完善，從而使得整個過程控制系統(tǒng)及現(xiàn)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(tǒng)存在的問題

    供電系統(tǒng)設(shè)計存在隱患，一是老標準下的直流穩(wěn)壓電源都是單回路供電，所有直流穩(wěn)壓電源都只可以接收一路交流供電，結(jié)果是一旦交流電失電，整個直流供電系統(tǒng)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(chǎn)品無內(nèi)藏解耦二級管。從技術(shù)上講，這種電源是不能并聯(lián)運行的。但實際上很多單位為了增大電源系統(tǒng)的供電能力，強行將電源并聯(lián)。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(tài)不受監(jiān)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(lián)運行，不同的直流穩(wěn)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(wěn)壓電源容易損壞。再次是直流穩(wěn)壓電源的診斷功能不包括對外界解耦二級管的運行狀態(tài)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(tǒng)的健康信息。

3  新標準對電源系統(tǒng)的要求

    在新標準SH/T3082-2003中對電源產(chǎn)品的技術(shù)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(lián)運行的直流穩(wěn)壓電源的容量配置及冗余的設(shè)置做了明確說明，并聯(lián)運行的直流穩(wěn)壓電源的容量配置及冗余，應(yīng)符合下列要求：

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

4  標準規(guī)定的電源形式

    (1)  帶內(nèi)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(wěn)壓電源并聯(lián)負載不平衡問題，可以大大延長電源壽命，保證電源系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。負載平衡功能的等效原理如圖1所示。

    (3)  規(guī)定最多并聯(lián)電源的數(shù)量（最多5臺），充分發(fā)揮電源的效率，盡管理論上可以并聯(lián)更多電源。
    (4)  電源的輸入輸出端設(shè)置空氣開關(guān)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(jié)構(gòu)的直流穩(wěn)壓電源，基于如下四個方面的考慮。

    (1)  技術(shù)上講，一個底板上可以安裝多個模塊電源，實際上已經(jīng)構(gòu)成了多臺并聯(lián)運行，如果多個底板電源并聯(lián)，將不能保證最多并聯(lián)5臺電源的規(guī)定。物理上可能是5臺電源的并聯(lián)，實際上卻是15臺在并聯(lián)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(xiàn)負載平衡功能。
    (4)  不能在每一個電源模塊上設(shè)置輸入輸出空氣開關(guān)，無法保證電源模塊的靈活更換。

    新標準針對穩(wěn)壓電源的選用，電源的功能做了明確說明。很多過去經(jīng)常使用的廉價的直流穩(wěn)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(chǎn)生較大影響，使技術(shù)人員轉(zhuǎn)而去選用那些真正高檔次、高技術(shù)、高質(zhì)量的電源產(chǎn)品，數(shù)百元或數(shù)千元人民幣的低端電源產(chǎn)品將會被排斥在設(shè)計選型范圍之外。

5  標準的使用

    從工程應(yīng)用上，如何尊重標準靈活運用標準，從而構(gòu)成完善而可靠的直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，將是一個十分現(xiàn)實的問題。

    在工程應(yīng)用中，將標準與產(chǎn)品的特性相結(jié)合，構(gòu)筑高可靠性直流電源供電系統(tǒng)，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(jié)合新標準規(guī)范，本文對構(gòu)成直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)建議如下：

    (1)  在只能提供單路交流供電的場合，應(yīng)采用N:1冗余電源系統(tǒng)。
    (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(yīng)采用1:1或2:2冗余電源系統(tǒng)。其優(yōu)點是：即可實現(xiàn)冗余運行，又可以實現(xiàn)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(tǒng)的安全型可靠性達到最高級別，在重要場合應(yīng)用，可以保證萬無一失。但是，只有個別高端電源產(chǎn)品（如TRACO POWER 電源等）才能實現(xiàn)雙回路交流供電系統(tǒng)。
    (3)  各種電源系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)語

    正確設(shè)計好儀表直流電源系統(tǒng)對于儀表及控制系統(tǒng)的安全至關(guān)重要。隨著技術(shù)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(shù)高質(zhì)量產(chǎn)品的進一步了解，相信技術(shù)人員最終會走出誤區(qū)。標準規(guī)范會代替習慣做法，價格低廉并不代表技術(shù)性能最優(yōu)化。過去用廉價低檔電源產(chǎn)品支撐價格昂貴的先進的控制系統(tǒng)及儀表的習慣最終會被新標準新產(chǎn)品所取代，人們不斷追求安全性可靠性，儀表直流電源系統(tǒng)會越來越完善，儀表控制系統(tǒng)會真正意義上達到最大安全。