摘要：結(jié)合國家、行業(yè)的標準規(guī)范要求和行業(yè)管理規(guī)定，提出了長輸油氣管道SCADA系統(tǒng)供電電源常用的多級冗余設(shè)計方案，包括供電設(shè)備的選擇、供電方式的確定，并且根據(jù)工程實踐經(jīng)驗和負載重要性和特性，提出一種控制系統(tǒng)供電按照UPS電源和普通電源分開設(shè)計的改進方法。

關(guān)鍵詞：長輸油氣管道SCADAUPS供電

隨著自動化技術(shù)的發(fā)展和控制水平的提高，目前長輸油氣管道大多采用SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)，實現(xiàn)全線的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制。SCADA系統(tǒng)完成輸油生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制和安全聯(lián)鎖保護，是目前油氣儲運生產(chǎn)過程調(diào)度指揮和控制的核心平臺，其供電電源的穩(wěn)定可靠是SCADA系統(tǒng)安全運行的必要基礎(chǔ)。本文介紹SCADA系統(tǒng)供電電源的常用設(shè)計方案，提出系統(tǒng)供電電源按照用電等級分別設(shè)置的改進方案。

1 SCADA系統(tǒng)供電電源等級確定

SCADA系統(tǒng)供電包括儀表及控制系統(tǒng)的供電和儀表輔助設(shè)施的供電。儀表及控制系統(tǒng)供電范圍包括：PLC(可編程序控制器)、現(xiàn)場儀表、服務器、工作站、通信設(shè)備、火災報警控制系統(tǒng)和可燃氣體和毒性氣體報警系統(tǒng)；儀表輔助設(shè)施的供電范圍包括：機柜照明、機柜通風風扇、機柜和操作臺的外接備用電源。按照《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB50052-2009)的規(guī)定，儀表及控制系統(tǒng)供電屬于一級負荷中特別重要負荷，這類負荷當供電中斷時，為確保安全停工及處理事故，不致造成設(shè)備損壞和人身傷害事故，不致造成重大經(jīng)濟損失，需要穩(wěn)定可靠的后備電源系統(tǒng)。儀表輔助設(shè)施的供電屬于三級負荷，這類負荷在供電中斷時，對生產(chǎn)過程影響較小，不會造成設(shè)備損壞，也不會對過程控制產(chǎn)生影響。因此，儀表及控制系統(tǒng)的供電一般采用不間斷供電裝置(UPS)，UPS電源既可以防止突然斷電對生產(chǎn)過程控制的影響，也可以消除普通電源上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”，改善電源質(zhì)量。

2 UPS主要技術(shù)指標

UPS是一種包含有儲能裝置，以逆變器為主要元件，具有穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出的功能的電源設(shè)備。主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態(tài)開關(guān)等幾部分組成。UPS按工作原理分成后備式、在線式與在線互動式三大類，考慮到SCADA系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行對電源的要求，一般采用在線式UPS作為主供電設(shè)備，能夠持續(xù)零中斷地輸出純凈正弦波交流電，解決電源尖峰、浪涌、頻率漂移等問題。

UPS電源的主要質(zhì)量指標如下。

2.1輸出交流電源

電壓：220V±5%。

頻率：50Hz±0.5Hz。

波形失真率：小于5%。

2.2輸出直流電源

電壓：24V：24～28V可調(diào)。

紋波電壓：小于0.2%。

2.3電源瞬斷時間：小于等于20ms

2.4瞬時電壓降：小于10%

2.5后備電池

電池類型：宜采用密封免維護鉛酸電池。

后備供電時間：不小于2h。

充電性能：2h充電至額定容量的80%。

2.6功率

按照儀表及控制設(shè)備耗電量總和的1.2～1.5倍考慮。

需要特別說明的是，按照《石油化工儀表供電設(shè)計規(guī)范》(SH/T3082-2003)要求，UPS電池的后備時間為15～30min即可，而《輸油管道設(shè)計規(guī)范》(GB50253-2003)明確輸油站自動化控制系統(tǒng)等特別重要負荷供電采用UPS電池后備時間不少于2h，是在參照《35～110kV無人值班變電所設(shè)計規(guī)程》相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合部分輸油站地處偏僻，周邊依托條件差的基礎(chǔ)上提出的。

3 SCADA系統(tǒng)電源的配電方式

按照《石油化工儀表供電設(shè)計規(guī)范》(SH/T3082-2003)和《中國石化生產(chǎn)裝置過程控制儀表電源供電系統(tǒng)技術(shù)管理規(guī)定》(中國石化生[2011]157號)要求，儀表及控制系統(tǒng)的供電電源應按照雙電源設(shè)計，即一路由UPS饋出，一路由低壓母線饋出。在遵照標準規(guī)范的前提下，結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，為保證UPS進線安全可靠，防止因電纜線路及低壓電氣設(shè)備故障而造成UPS供電輸入意外中斷，UPS進線按照兩路設(shè)計，兩路電源均取自變電所不同低壓母排，供電方式見圖1。

從圖1可見，SCADA系統(tǒng)正常情況下由UPS供電，在UPS設(shè)備故障時由變電所直接供電。該系統(tǒng)的設(shè)計考慮多級冗余，一是UPS進線冗余設(shè)置，二是在線式UPS本身具有旁路功能，即正常情況下一路經(jīng)濾波整流直接輸出，故障情況下另一路由后備電池經(jīng)逆變器后輸出，三是一路變電所低壓電作為UPS的備用。以上供電系統(tǒng)多級冗余設(shè)計時需設(shè)置STS靜態(tài)切換開關(guān)。

STS(StaticTransferSwitch)靜態(tài)切換開關(guān)具有電源二選一自動切換功能，正常工作狀態(tài)下，在主電源處于正常的電壓范圍內(nèi)，負載一直連接于主電源；在主電源發(fā)生故障時，負載自動切換到備用電源。在主電源恢復正常后，負載又自動切換到主電源。STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)采用先斷后通的切換方式，確保兩路電的轉(zhuǎn)換過程中用電設(shè)備不斷電，從而能夠正常連續(xù)工作。其最高轉(zhuǎn)換時間可以達到5mS，滿足PLC等控制設(shè)備數(shù)據(jù)采集輪詢周期不大于20mS的要求，確?？刂葡到y(tǒng)數(shù)據(jù)不丟失，運行不中斷，控制不失效。

4 SCADA系統(tǒng)供電電源改進方案

SCADA系統(tǒng)供電設(shè)計時一般由UPS電源為儀表及控制系統(tǒng)和儀表輔助設(shè)施統(tǒng)一供電，即將UPS電源的輸出回路引入相應的機柜和計算機操作臺，機柜內(nèi)部供電回路分配多由系統(tǒng)集成商完成，一般是將UPS的輸出經(jīng)分流后接斷路器，分送到各個機柜，再由各機柜分別送給各負載。

根據(jù)用電負荷的重要性，結(jié)合SCADA系統(tǒng)的技術(shù)特點和運行環(huán)境的狀況分析，儀表及控制系統(tǒng)供電是SCADA系統(tǒng)供電的關(guān)鍵和核心，其對供電電源都有苛刻的要求，既要求電源24小時不間斷，同時要保證電源電壓穩(wěn)定，無尖峰、浪涌、頻率漂移等問題。儀表輔助設(shè)施的供電相比來說并無太多要求，普通電源即可滿足，且目前輸油站和油庫大多為雙電源供電，電源質(zhì)量較好。次外，控制室環(huán)境依托條件也較好：機房和控制室均設(shè)置有事故應急照明系統(tǒng)，因此在電源故障時機柜和控制室照明可以利用室內(nèi)應急照明燈；機房通風良好，空氣清潔，因此機柜風扇可以短時間中斷運行；外接備用電源只是控制系統(tǒng)安裝調(diào)試時用，供電中斷對系統(tǒng)運行不產(chǎn)生影響。由此可見，儀表輔助設(shè)施的供電短時間的中斷，不會對控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響。因此，儀表輔助設(shè)施可以單獨采用普通電源供電。

綜合以上分析，SCADA系統(tǒng)的供電可以分為兩類配置：UPS供電電源和普通電源，即儀表及控制系統(tǒng)供電采用UPS電源，儀表輔助設(shè)施的供電采用普通電源(供電方式如圖2所示)。

電源分別設(shè)置具有以下優(yōu)點：一是避免電扇和電燈這些感性負載和阻性負載等易發(fā)生短路、斷路的用電設(shè)備對儀表及控制系統(tǒng)的主電源的污染，保證關(guān)鍵儀表和控制設(shè)備的用電安全；二是防止在設(shè)備安裝及系統(tǒng)調(diào)試階段，因管理不善或人員繁雜，各種大功率施工設(shè)備對UPS電源沖擊或過載的影響；三是降低UPS電源的功率需求，節(jié)省投資。

5 結(jié)語

SCADA系統(tǒng)是長輸油氣管道生產(chǎn)調(diào)度指揮的核心，其供電系統(tǒng)的安全可靠對系統(tǒng)穩(wěn)定運行起到基礎(chǔ)支撐作用。儀表及控制系統(tǒng)供電采用采用不間斷電源供電，并且采用雙電源配電方式，儀表輔助設(shè)施的供電采用普通電源，此設(shè)計方案既保證了SCADA系統(tǒng)的供電可靠性，又增強供電系統(tǒng)的安全性。

參考文獻：

[1]劉宏斌.輸油管道工程設(shè)計/石油和化工工程設(shè)計工作手冊[M].東營：中國石油大學出版社，2010：798-802.

[2]SH/T3082-2003，石油化工儀表供電設(shè)計規(guī)范[S].

(本文作者：雍永鵬　瞿慧卿　胡立麗 華東管道設(shè)計研究院 江蘇 徐州221008)