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仪表供电系统仪表供电系统雷军2010年10月一、仪表供电范围仪表供电范围 1、仪表及控制系统的供电仪表及控制系统的供电 仪表及控制系统的供电范围包括：仪表及控制系统的供电范围包括：n n常规仪表系统；常规仪表系统；n n分散控制系统分散控制系统(DCS)(DCS)、可编程序逻辑控制器、可编程序逻辑控制器(PLC)(PLC)、监控和、监控和数据采集系统数据采集系统(SCADA)(SCADA)和监控计算机等系统；和监控计算机等系统；n n自动分析仪自动分析仪n n安全仪表系统安全仪表系统(SIS)(SIS)；n n工业电视系统工业电视系统n n火灾及可燃气体、有毒气体检测报警系统火灾及可燃气体、有毒气体检测报警系统(FGS)(FGS)。2、仪表辅助设施供电、仪表辅助设施供电 仪表辅助设施供电范围包括：n n仪表盘（柜）内照明、风扇等；n n仪表及测量管道的电伴热。二、仪表供电负荷等级二、仪表供电负荷等级1、石油化工企业生产装置的供电负荷等级、石油化工企业生产装置的供电负荷等级 根据SH 30382000石油化工企业生产装置电力设计技术规范把生产装置的供电分为一级负荷、一级负荷中特别重要负荷、二级负荷和三级负荷。2 2、仪表供电负荷等级、仪表供电负荷等级、仪表供电负荷等级、仪表供电负荷等级 一级负荷一级负荷 一级负荷是指生产装置工作电源突然中断时，一级负荷是指生产装置工作电源突然中断时，将严重影响连续生产工艺过程，造成重大经济损将严重影响连续生产工艺过程，造成重大经济损失。供电恢复后需很长时间才能恢复生产的特大失。供电恢复后需很长时间才能恢复生产的特大型和大、中型生产装置以及确保其正常操作的公型和大、中型生产装置以及确保其正常操作的公用工程的用电负荷。用工程的用电负荷。中特别重要负荷是指当生产装置工作电源突然中特别重要负荷是指当生产装置工作电源突然中断时，为确保装置安全停工和处理事故，避免中断时，为确保装置安全停工和处理事故，避免引起爆炸、火灾、中毒、人身伤亡、关键设备损引起爆炸、火灾、中毒、人身伤亡、关键设备损坏，或事故一旦发生能及时处理，防止事故扩大，坏，或事故一旦发生能及时处理，防止事故扩大，保证关键设备、抢救及撤离工作人员，而必须供保证关键设备、抢救及撤离工作人员，而必须供电的负荷。电的负荷。二级负荷 是指生产装置工作电源突然中断时，连续生产工艺过程被打乱，使主要设备损坏，恢复供电后，需较长时间才能恢复生产，产品大量报废，大量减产，使企业造成较大经济损失。三级负荷 是指不属于一级、二级的其它用电负荷。n n一级负荷应有两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。n n 一级负荷中特别重要负荷，除由两个电源供电外，还应增加应急电源，并严禁其它负荷接入应急电源供电系统。n n三级负荷对供电无特殊要求。3 3、石油化工企业生产装置的供电方式、石油化工企业生产装置的供电方式、石油化工企业生产装置的供电方式、石油化工企业生产装置的供电方式n n生产装置的供电系统，一、二类负荷的装置，高压配电室一般采用双回路进线、单母线分段方式，母联断路器采用自动投入装置，低压变电所用两台变压器供电，单母线分段，母联开关可自投或不自投。不设自投时可用隔离开关分段。n n三类负荷可用单电源单台变压器等较简单的供电方式。4、仪表及控制系统的供电负荷等级仪表及控制系统的供电负荷等级 和电源类型和电源类型 仪表及控制系统的用电负荷按SH 3038规定属于一级负荷中特别重要负荷。这类负荷当供电中断时，为确保安全停工及处理事故，不致造成设备损坏和人身伤害事故，不致造成重大经济损失，需要设置UPS。在少数情况下，仪表用电负荷属于三级负荷。这类负荷在供电中断时，对生产过程影响较小，不会造成设备损坏和经济损失，因此，不需要设置UPS，而由普通电源供电。用电仪表及设备必须符合220V，50Hz交流或24V(特殊需要时可用48V)直流的电源规格。仪表及控制系统(包括引进产品)的用电规格必须电源规格：n n 电源的电压n n 交流电的频率与波形失真n n 直流电的波纹电压n n 电源瞬断时间n n 瞬时电压降等指标。三、电源质量等级三、电源质量等级 1 1、交流电源、交流电源(1)(1)交流电源电压偏差等级交流电源电压偏差等级 交流电源电压偏差按电压偏离其公称值的百分数分级，其极限值分为下列四级：n n1 1级级 1.0%1.0%n n2 2级级 10%10%n n3 3级级 -15%+10%-15%+10%n n4 4级级 -20%+15%-20%+15%(2)交流电源频率偏差等级 交流电源频率偏差按频率偏离其公称值的百分数分级。其极限值分为下列三级：n n 1级 0.2n n 2级 1.0n n 3级 5.0(3)交流电源的谐波含量 交流电源的谐波电压仅指小于公称频率10倍的真实谐波(公称频率的整数倍)的电压。谐波含量是各谐波电压二次方之和的平方根值与电源基频电压(方均根值)之比的百分数。谐波含量的极限值分为下列四级：n n 1级 2n n 2级 5n n 3级 10n n 4级 20(4)三相交流电源的相位差 它是根据两相邻电压矢量之间的相位差对公称值的最大偏离分级，三相制相位差的公称值为120，相位差偏差的极限值分为下列三级：n n1级1 n n2级2n n3级5(5)(5)辅助或备用电源的切换时间辅助或备用电源的切换时间 如引起切换的电压偏差的极限值与上述如引起切换的电压偏差的极限值与上述1 1、（1 1）条规定值不同时，则可采用下列数值：）条规定值不同时，则可采用下列数值：偏离公称电压偏离公称电压1010；偏离公称电压偏离公称电压2020；偏；偏离公称电压离公称电压5050(仅适用于负偏差仅适用于负偏差)；偏离公称电；偏离公称电压压9595(仅适用于负偏差仅适用于负偏差)。切换时间的极限值分。切换时间的极限值分为下列五级：为下列五级：n n 1 1级级 3 ms 3 msn n 2 2级级 10 ms 10 msn n 3 3级级 20 ms 20 msn n 4 4级级 200 ms 200 msn n 5 5级级 1 s 1 s2、直流电源 (1)(1)直流电源电压偏差等级直流电源电压偏差等级 直流电源电压偏差是按电压偏离其公称值的直流电源电压偏差是按电压偏离其公称值的百分数分级，其极限值分为下列五级百分数分级，其极限值分为下列五级(电源电压变电源电压变化包括随负载变化引起的电阻源抗的影响化包括随负载变化引起的电阻源抗的影响)：n n 1 1级级 1 1n n 2 2级级 5 5 n n 3 3级级 15 15 +10 +10 n n 4 4级级 20 20+15+15 n n 5 5级级 30 30 +20 +20 (2)直流电源电压纹波 纹波电压定义为电源电压的总交流分量(峰一峰值)与电源电压平均值之比的百分数，在额定负载下测量。其极限值分为下列四级：n n 1级 0.2n n 2级 1.0n n 3级 5.0n n 4级 15.0(3)(3)辅助或备用直流电源辅助或备用直流电源 如引起切换的电压偏差的极限值与上述如引起切换的电压偏差的极限值与上述2 2、（、（1 1）条规定值不同时，则可采用下列数值：条规定值不同时，则可采用下列数值：偏离公称电压偏离公称电压1010；偏离公称电压；偏离公称电压2020；偏离；偏离公称电压公称电压5050(仅适用于负偏差仅适用于负偏差)；偏离公称电压；偏离公称电压9595(仅适用于负偏差仅适用于负偏差)。切换时间的极限值分为切换时间的极限值分为下列五级：下列五级：n n 1 1级级 l ms l msn n 2 2级级 5 ms 5 msn n 3 3级级 20 ms 20 msn n 4 4级级 200 ms 200 msn n 5 5级级 1 s 1 s3、仪表及控制系统对电源质量的要求仪表及控制系统对电源质量的要求(1)普通电源质量指标 交流电源n n 电压：220V10；n n 频率：50Hz1 Hz。n n 波形失真率：10 直流电源(直流电源装置或直流稳压电源提供)n n 电压：24V士1V；n n 纹波电压：小于5；n n 交流分量（有效值）：小于100mV 电源瞬断时间应小于用电设备的允许电源瞬断时间。瞬时电压降：小于20。(2)不间断电源输出质量指标 交流电源n n 电压：220V5；n n 频率：50Hz0.5Hz；n n 波形失真率：小于5。直流电源n n 电压：24V,24V28V可调；48V，48V52V可调。n n 纹波电压：小于0.2。n n 交流分量（有效值）：小于40mV 电源瞬断时间：小于等于20ms。瞬时电压降：小于10。(3)电源电压降及线路电压降 一般工业自动化仪表的电源电压降及线路电压降，不应超过仪表设备额定电压值的525。尽量使线路敷设长度最短，减少导线压降损失；根据线路工作电流(或计算电流)大小，选配适当的导线直径、材质和载流量；重要系统(如DCS、ESD系统等)，应配置带稳压稳频的电源装置。(4)电源瞬时扰动 国际电工委员会将“电源瞬时扰动”定义为“持续时间等于或小于0.2s的扰动”，它对测量和控制系统的正常工作有重大影响。设计供电回路或采用电源设备时，电源瞬时扰动时间应不小于用电设备的最小允许瞬时扰动供电时间。应特别注意由于电源的瞬时扰动或瞬时中断的时间特性。例如:各类继电器，当失电时，它们的失电时间(动作特性)为5、10、20、30ms不等；电磁阀、微动力开关的换向(切换)时间为1050ms；电动仪表、调节器等一般不超过5ms。(5)(5)特殊用电要求特殊用电要求 某些仪表对交流电源的谐波含量、直流电源电压纹波有特殊要求。n n仪表对谐波电压、纹波电压的要求一般规定如下：交流电源的谐波含量5；直流电源的纹波电压1。n n对电源有特殊要求的仪表，应配备专用电源设备，供电质量指标应不超过仪表规定的极限值。4、电源容量的要求、电源容量的要求n n仪表电源容量，应按仪表及控制系统的用电量总和的1.2倍1.5倍确定。n n 用于DCS、PLC、SIS等系统的不间断电源容量可按各系统用电量总和的1.2倍1.25倍计算。如果考虑备用，则按1.5倍计算。四、四、仪表供电系统仪表供电系统1、仪表供电系统基本要求仪表供电系统基本要求 供电系统应根据生产装置要求和仪表用电负荷等级及电源质量要求，制定合理、安全可靠的供电设计方案。（1）供电系统应满足下列要求：仪表及控制系统的供电，应按电源种类(普通电源或交流不问断电源和直流不间断电源)分别独立配电，不得混用配电柜(箱)或开关箱；同一控制系统应采用同一电源供电；采用交流供电时，应考虑仪表系统启动时的冲击状态保护措施；仪表电源系统应按电气专业的标准、规范设置保护措施和接地。（2 2）安全仪表系统的供电应满足下列要求：）安全仪表系统的供电应满足下列要求：重要安全仪表系统的电源单元，应考虑冗余措施；重要安全仪表系统的电源单元，应考虑冗余措施；电磁阀电源电压宜采用电磁阀电源电压宜采用24V(24V(特殊需要时可用特殊需要时可用48V)48V)直流电或直流电或220V220V交流电，且应考虑以下要求：交流电，且应考虑以下要求：a a、重要安全仪表系统的直流电磁阀应由冗余重要安全仪表系统的直流电磁阀应由冗余配置的直流稳压电源或由直流配置的直流稳压电源或由直流UPSUPS供电；供电；b b、安全仪表系统的交流电磁阀应由交流安全仪表系统的交流电磁阀应由交流UPSUPS供电；供电；可燃气体和有毒气体检测系统，应采用可燃气体和有毒气体检测系统，应采用UPSUPS供电。供电。（3）仪表电源系统应采用TNS或TN一CS系统供电，若有必要应增加漏电保护系统。TNS或TN一CS是供电系统的接地制式表示方法。按照国家标准GB50052配电设计规范，其中对低压交流线路的接地制式，为了提高电气安全性，采用IEC标准中TN、TT、IT三种制式。TN系统又分为TNC、TNS及TN-CS三种形式。2、仪表供电方式、仪表供电方式（1 1）仪表供电回路的分组）仪表供电回路的分组 为了保证供电系统安全可靠，连续运行，并便于为了保证供电系统安全可靠，连续运行，并便于系统维护，一般采用供电回路分组。其优点在于：系统维护，一般采用供电回路分组。其优点在于：可以保证安全可靠地供电；可以保证安全可靠地供电；各供电回路简明，回路电压单一专用，可以各供电回路简明，回路电压单一专用，可以避免误操作；避免误操作；重要安全仪表系统回路与一般回路，本安回重要安全仪表系统回路与一般回路，本安回路、联锁回路与一般回路的各用户主次分明，重路、联锁回路与一般回路的各用户主次分明，重点突出；点突出；各用电回路相对独立，便于维护。各用电回路相对独立，便于维护。供电回路的分组，按用电负荷类别、供电要求、电压等级、专用回路等分组设置供电回路。n n 负荷类别：保安电源、工作电源。n n 电压等级：交流220V、l l0V；直流48V、24V。n n 供电对象：仪表及控制回路；报警、联锁 系统；本安仪表系统等。n n 专用线路：如DCS系统、PLC系统、电伴热保温系统等。（2）仪表供电回路的分级n n 按工艺装置规模、供电容量及电压等级、供电场所的不同，可分别经三级、二级或一级的方式配电，并相应设置总供电箱(盘)、分供电箱(盘)、供电箱(盘)。如图1所示。n n 各级供电箱(盘)或供电回路，按设计要求设置开关和保护系统，并满足其额定容量、保护特性等要求。图图 1 1 三级供电方式三级供电方式A A、普通电源供电系统、普通电源供电系统B B、不间断电源供电系统、不间断电源供电系统 不间断电源不间断电源 对对DCSDCS、PLCPLC、SISSIS及计算机系统及计算机系统供电时，可采用二级供电方式，即设置总配电柜供电时，可采用二级供电方式，即设置总配电柜（箱）和分配电柜（箱）。总配电柜（箱）和分（箱）和分配电柜（箱）。总配电柜（箱）和分配电柜（箱）可合并成一个配电柜（箱），配电配电柜（箱）可合并成一个配电柜（箱），配电柜（箱）内总供电回路和分供电回路之间应设保柜（箱）内总供电回路和分供电回路之间应设保护电器。护电器。保护电器的设置，应符合下列规定：保护电器的设置，应符合下列规定：a a、总配电柜（箱）设输入总断路器和输出、总配电柜（箱）设输入总断路器和输出分断路器；分断路器；b b、分配电柜（箱）设输出分断路器，输入、分配电柜（箱）设输出分断路器，输入端不设保护电器。端不设保护电器。五、供电设备（装置）1 1、普通电源供电系统、普通电源供电系统 无后备电池系统的无延迟供电设备或工厂电源。无后备电池系统的无延迟供电设备或工厂电源。2 2、不间断电源、不间断电源(UPS(UPS：Uninterrupted power Uninterrupted power supply)supply)不间断电源不间断电源(UPS)(UPS)由电力变流器、储能装置由电力变流器、储能装置（如蓄电池）和开关等组成，在供电中断后能持（如蓄电池）和开关等组成，在供电中断后能持续一定供电时间的一种高可靠性交流电源设备。续一定供电时间的一种高可靠性交流电源设备。分为交流不间断电源和直流不间断电源两类。在分为交流不间断电源和直流不间断电源两类。在仪表系统供电中常用交流不间断电源。仪表系统供电中常用交流不间断电源。（1）交流不间断电源工作原理 交流不间断电源通常由两套系统构成，一套用蓄电池储能，另一套直接使用交流电网，两者互为备用，通过电子开关切换。一旦电网突然停电或供电质量不符合要求，另一套能立即投入使用，时间在几毫秒之内。交流不间断电源（UPS）有旋转型和静止型之分，旋转型采用电动发电机组，仪表电源应采用静止型UPS。静止型UPS由整流器、蓄电池组、逆变器、静态电子开关等部件组成，其工作原理如图 2 所示。来自电网的工作电源220V AC，通过整流器进行整流和滤波转变成直流电压，并和蓄电池组并联送入逆变器，通过逆变器将直流电压转变成220V AC、50 Hz电压，通过电子切换开关进行监控和调整后输出，供负载使用。图图 2 UPS 2 UPS 工作原理图工作原理图n n蓄电池组平时由整流器充电，保持充满状态，当工作电源或整流器发生故障，蓄电池可立即通过逆变器对负载供电，保持供电连续性。蓄电池的型号规格决定UPS在故障状态下运行时间长短。n n UPS通常设有手动维修旁路开关和备用电源相连，以备UPS检修时对负载供电之用。n nUPS主要用于仪表自控系统和电子计算机电源。（2 2）交流不间断电源主要技术指标）交流不间断电源主要技术指标 输入参数输入参数 a a、输入电压：三相输入电压：三相380V_1 5380V_1 5 或单相或单相220V+_l 5220V+_l 5；b b、输入频率：输入频率：50Hz250Hz25Hz5Hz。输出参数输出参数 a a、电压：、电压：220V5220V5；b b、频率：、频率：50Hz0.5Hz50Hz0.5Hz；c c、波形失真率：小于、波形失真率：小于5 5。过载能力为过载能力为150150额定电流额定电流l0sl0s。后备电池的供电时间后备电池的供电时间15min15min30min30min。六、供电器材的选择和电源系统的六、供电器材的选择和电源系统的配线要求配线要求 1、供电器材的选择原则 仪表供电系统用电器、材料的选择，一般可参照低压配电装置及线路设计规范(GBJ 5 483)有关规定进行。2、电器设备选择方法 电器设备一般根据正常工作条件、短路工作条件、环境条件、价格及供货条件等因素进行选择。（1）仪表供电系统中常用的电器：电源变压器、整流器 电源变压器、整流器其负荷容量可按仪表耗电量总和的1.21.5倍计算，其额定电压应大于或等于线路的额定电压，额定电流应大于或等于线路的工作(计算)电流。熔断器n n 可按线路工作(计算)电流的大小并考虑线路操作频繁程度，确定熔断器熔体的容量。n n 在正常情况下，熔断器额定电压应等于或大于所在网络的额定电压，额定电流应同时满足正常工作电流和起动尖峰电流两个条件的要求。开关按钮及自动开关 一般开关按钮可按设计要求选用。自动开关宜设置在下列供电回路上：n n需要带负荷或自动切换的线路；n n仪表电源的主回路、重要分干线等需要起保护作用的回路。自动开关脱扣器的整定电流，应等于或大于线路计算电流。配电柜（箱）n n 根据配电柜（箱）的安装场所和分布状况选用合适的配电柜（箱）。配电柜（箱）有带电源进线总开关(单相或三相)和不带两种。一般情况下，在上一级有控制开关时，下一级可选用无总开关的供电箱(盘)。n n 配电柜（箱）应安装在环境条件良好的室内。如必须安装在室外时，应尽量避开环境恶劣的场所，并采用特殊结构型的供电箱。3、仪表供电系统材料的选择 根据环境条件、敷设方式及所在网络的工作电压选择电线、电缆。必要时应计算线路电压降。对较复杂的重要供电回路，敷设线路又较远时，宜计算线路电压降，以便正确选择导线截面(或载流量)。（1）仪表电源电线电缆宜选用铜芯线。n n 控制室内仪表盘(箱)间的配线，一般采用聚氯乙烯绝缘的铜芯线。n n 控制室至装置现场，采用聚氯乙烯护套聚氯乙烯绝缘铜芯电缆。n n 火灾及爆炸危险场所宜采用特殊结构电缆或阻燃型电缆。（2）仪表供电系统的配线的线芯截面积，要从以下方面考虑：n n 对导线机械强度的要求，即满足抗拉强度的要求。n n导线绝缘材料的允许温升及电压降表表 1 1 仪表供电系统配电线路允许压降值仪表供电系统配电线路允许压降值电源类型电源类型配电线路配电线路允许压降值允许压降值（V V）交流交流（220V AC220V AC）电气供电点至仪表总配电柜（箱）或电气供电点至仪表总配电柜（箱）或UPSUPS的电压降的电压降2.02.0从从UPSUPS至仪表总配电柜（箱）的电压降至仪表总配电柜（箱）的电压降2.02.0控制室内从仪表总配电柜（箱）至仪表控制室内从仪表总配电柜（箱）至仪表设备的电压降设备的电压降2.02.0从仪表总配电柜（箱）至控制室外仪表从仪表总配电柜（箱）至控制室外仪表设备的电压降设备的电压降2.02.0直流直流（24V DC24V DC）直流稳压电源设备至仪表配电柜（箱）直流稳压电源设备至仪表配电柜（箱）的电压降的电压降0.240.24仪表总配电柜（箱）至仪表设备的电压仪表总配电柜（箱）至仪表设备的电压降降0.240.24 从控制室总供电总配电柜（箱）或分配电柜（箱）至现场供电箱或机柜的电源电缆线芯截面积不小于2.5mm2，控制室分配电柜（箱）供电箱至现场仪表的电源电缆线芯截面积不小于1.5mm2，现场供电箱至现场仪表的电源电缆线芯截面积不小于1.5mm2。七、仪表供电系统维护检修1 1、仪表供电系统维护、仪表供电系统维护（1 1）对供电系统的各部位进行巡回检查，检查电源）对供电系统的各部位进行巡回检查，检查电源箱、电源分配器、开关、熔断器等部件运行情况，箱、电源分配器、开关、熔断器等部件运行情况，发现问题及时处理。发现问题及时处理。（2 2）以强制风冷方式冷却的电源箱，每日巡回检查）以强制风冷方式冷却的电源箱，每日巡回检查时应注意风扇是否正常运转，有无噪音，发现问时应注意风扇是否正常运转，有无噪音，发现问题及时处理。题及时处理。（3 3）每月要对并联使用的电源箱输出电流进行调整，）每月要对并联使用的电源箱输出电流进行调整，确保并联使用的电源箱输出电流一致。确保并联使用的电源箱输出电流一致。（4）供电系统中的开关、电源分配器、供电端子排的标识必须准确清晰。对脱落、丢失的标签，模糊不清的字迹应当及时处理。（5）定期清扫供气系统各设备及部件的卫生，保持其清洁。（6）定期清洗供电机柜上的过滤网，保证通风散热良好。（7）严禁从仪表电源上向非仪表负载供电，严禁从仪表电源上搭接临时负载。（8）更换熔断器时，要严格按照原熔断器的容量更换，不得擅自变更熔断器的容量。（9）仪表供电系统中，供电等级相同的端子排应相对集中安装并有清晰、明确的标识。严禁将等级不同的端子排混合安装。2 2、仪表供电系统检修、仪表供电系统检修 生产装置停车检修时需要对仪表供电系统中的生产装置停车检修时需要对仪表供电系统中的设备、部件进行检修。设备、部件进行检修。（1 1）电源箱的检修主要工作内容是扫灰、性能测试）电源箱的检修主要工作内容是扫灰、性能测试和调整，并做好检修记录。和调整，并做好检修记录。（2 2）供电系统线路及附件检修：）供电系统线路及附件检修：线缆的绝缘测试；线缆的绝缘测试；供电系统的接地电阻测试；供电系统的接地电阻测试；对于接地电阻值超出系统要求时，要及时处理对于接地电阻值超出系统要求时，要及时处理（如：补焊、增加降阻剂、增加接地极数量等）。（如：补焊、增加降阻剂、增加接地极数量等）。（3 3）熔断器检修。）熔断器检修。（4 4）回路检修）回路检修 对接线螺钉、接线片、接线柱等进行检查，检对接线螺钉、接线片、接线柱等进行检查，检查其氧化、锈蚀、腐蚀情况，检查松动情况，发查其氧化、锈蚀、腐蚀情况，检查松动情况，发现问题及时处理。现问题及时处理。对线缆进行检查，检查是否有氧化、硫化、受对线缆进行检查，检查是否有氧化、硫化、受潮等原因造成的线芯发黑、变绿、部分线丝断开潮等原因造成的线芯发黑、变绿、部分线丝断开等情况，及时处理。等情况，及时处理。检查现场供电箱密封情况（进水、端子锈蚀、检查现场供电箱密封情况（进水、端子锈蚀、接线氧化、螺钉松动等），发现问题及时处理。接线氧化、螺钉松动等），发现问题及时处理。谢谢观赏勤能补拙，学有成就！2023/2/1059