熱工電源系統(tǒng)的檢修與維護(hù)

熱工電源系統(tǒng)的檢修與維護(hù)第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三八、機(jī)柜現(xiàn)場控制站的機(jī)柜內(nèi)部均裝有多層機(jī)架，以供安裝電源、控制器模件和各種I／O模件之用。其外殼均采用金屬材料(如鋼板或鋁材)，活動部分(如柜門與機(jī)柜主體)之間保證有良好的電氣連接，使其為內(nèi)部的電子設(shè)備提供完善的電磁屏蔽。為保證電磁屏蔽效果，也為了操作人員的安全，還要求機(jī)柜可靠接地，接地電阻應(yīng)小于4Ω。第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三⒊輸入信號要求一般的脈沖輸人都是電壓脈沖，PI模塊對電平范圍和脈沖寬度是有一定要求的，脈沖電平過低或脈沖的寬度過窄(包括正脈沖和負(fù)脈沖)都不合理，有可能導(dǎo)致PI不能識別該脈沖。八、機(jī)柜現(xiàn)場控制站的機(jī)柜內(nèi)部均裝有多層機(jī)架，以供安裝電源、控制器模件和各種I／O模件之用。其外殼均采用金屬材料(如鋼板或鋁材)，活動部分(如柜門與機(jī)柜主體)之間保證有良好的電氣連接，使其為內(nèi)部的電子設(shè)備提供完善的電磁屏蔽。為保證電磁屏蔽效果，也為了操作人員的安全，還要求機(jī)柜可靠接地，接地電阻應(yīng)小于4Ω。第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三為保證柜內(nèi)電子設(shè)備的散熱降溫，一般柜內(nèi)均裝有風(fēng)扇，以提供強(qiáng)制風(fēng)冷氣流。機(jī)柜頂部與風(fēng)扇之間加有防止異物落入的網(wǎng)格。為防止灰塵侵入，在與柜外進(jìn)行空氣交換時，最好采用正壓送風(fēng)，將柜外低溫空氣經(jīng)過濾網(wǎng)過濾后壓入柜內(nèi)。在環(huán)境惡劣的場合(如灰塵多、潮濕或有腐蝕性氣體的場合)，往往需要提供密封式機(jī)柜，冷卻空氣僅在柜內(nèi)循環(huán)，通過機(jī)柜外殼與外界交換熱量，因此在這種機(jī)柜外殼上增設(shè)了許多縱向的散熱葉片。第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三為保證在特別冷或熱的室外環(huán)境下正常工作，還需要為這種密封式機(jī)柜設(shè)計專門的空調(diào)裝置，以保證柜內(nèi)溫度維持在正常值。許多分散控制系統(tǒng)的機(jī)柜內(nèi)設(shè)有溫度自動檢測裝置，當(dāng)機(jī)柜內(nèi)溫度超過正常范圍時，產(chǎn)生報警信號，該信號可以接入操作員監(jiān)控界面以便監(jiān)視。九、電源電源通常放在機(jī)柜的最上層(如Symphony)或最下層(如T-XP)，高效、穩(wěn)定、無干擾的交流供電系統(tǒng)是現(xiàn)場控制站正常工作的重要保證，而要做到這一點，首先需保證供給現(xiàn)場控制站的交流電源的穩(wěn)定可靠，一般采取以下幾種措施：第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三①每一現(xiàn)場控制站均采用雙相交流電源供電，兩相互為冗余；②如果附近有經(jīng)常開關(guān)的大功率用電設(shè)備，應(yīng)采用超級隔離變壓器，將其初級、次級繞組間的屏蔽層可靠接地，能很好地隔離共模干擾；③若電網(wǎng)電壓波動很嚴(yán)重，應(yīng)采用交流電子調(diào)壓器，快速穩(wěn)定輸入電壓；④為了保證控制的連續(xù)性，應(yīng)裝設(shè)不間斷供電電源UPS。第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三DCS系統(tǒng)中的主要電源設(shè)備是AC/DC轉(zhuǎn)換設(shè)備，主要包含三種類型：線性電源、開關(guān)電源和不間斷供電電源UPS，其中線性電源現(xiàn)在已經(jīng)基本不再使用。㈠線性電源線性電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波器、控制電路及保護(hù)電路等，如圖11-25所示。第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三線性電源是先將交流電經(jīng)過工頻變壓器變壓，再經(jīng)過整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，要得到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過電壓反饋調(diào)整輸出電壓，這種電源技術(shù)很成熟，可以達(dá)到很高的穩(wěn)定度，波紋也很小(可以達(dá)到5mV)，而且沒有開關(guān)電源具有的干擾與噪聲。圖11-25第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三但是，它的缺點是需要龐大而笨重的變壓器，所需的濾波電容的體積和重量也相當(dāng)大，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，調(diào)整管上有一定的電壓降，在輸出較大工作電流時，致使調(diào)整管的功耗太大，轉(zhuǎn)換效率低，還要安裝很大的散熱片。這種電源不適合計算機(jī)等設(shè)備的需要，將逐步被開關(guān)電源所取代。第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三㈡開關(guān)電源開關(guān)電源主要包括輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、逆變器、輸出整流濾波器、控制電路及保護(hù)電路等，如圖11-26所示。開關(guān)電源各部分的功能如下所述。(1)輸入濾波消除電網(wǎng)(如電動機(jī)的啟動、電器的開關(guān))和雷擊等產(chǎn)生的干擾，同時也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散。(2)整流濾波將電網(wǎng)輸入電壓進(jìn)行整流濾波，為變換器提供直流電壓。第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三圖11-26第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三(3)逆變器通過控制變壓器的原邊的通斷，等價于將原邊的直流電平變成高頻交流電平，然后通過高頻變壓器，起到將輸出部分與輸人電網(wǎng)隔離的作用。同時，每開關(guān)一次就將一份能量傳遞到副邊(開關(guān)型電源變換的機(jī)理)。(4)輸出整流濾波器將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時還防止高頻噪聲對負(fù)載的干擾。(5)控制電路檢測輸出直流電壓，并將其與基準(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行放大。調(diào)制振蕩器的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。(6)保護(hù)電路當(dāng)開關(guān)電源發(fā)生過電壓、過電流短路時，保護(hù)電路使開關(guān)電源停止工作以保護(hù)負(fù)載和電源本身。第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三⑺輔助電源為控制電路和保護(hù)電路供電。開關(guān)電源是將交流電先整流成直流電，再將直流電逆變成交流電，再整流輸出所需要的直流電壓。這樣開關(guān)電源省去了線性電源中的變壓器，以及電壓反饋電路。而開關(guān)電源中的逆變電路完全是數(shù)字調(diào)整，同樣能達(dá)到非常高的調(diào)整精度。開關(guān)電源的主要優(yōu)點有體積小、重量輕(體積和重量只有線性電源的20％～30％)、效率高(一般為60％～70％，而線性電源只有30％～40％)、自身抗干擾性強(qiáng)、輸出電壓范圍寬及模塊化等。第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三開關(guān)電源的主要缺點：由于逆變電路中會產(chǎn)生高頻電壓，對周圍設(shè)備有一定的干擾，需要良好的屏蔽及接地。最后，我們對比一下兩種電源的優(yōu)缺點，線性電源的調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，因而發(fā)熱量大，效率低(35％左右)，需要體積龐大的散熱片，而且還需要同樣也是大體積的工頻變壓器，當(dāng)要制作多組電壓輸出時變壓器會更龐大。開關(guān)電源的調(diào)整管工作在飽和和截止?fàn)顟B(tài)，因而發(fā)熱量小，效率高(75％以上)，而且省掉了大體積的變壓器。但開關(guān)電源輸出的直流電壓上面會疊加較大的紋波(比如5V輸出時紋波為50mV，在輸出端并接穩(wěn)壓二極管可以改善)，而且。開關(guān)管工作會產(chǎn)生很大的尖峰脈沖干擾。相對而言線性電源就沒有以上缺陷，它的紋波可以做得很小(5mV以下)。第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三㈢不間斷電源系統(tǒng)UPSUPS(UninterruptiblePowerSystem)即不間斷電源系統(tǒng)，是DCS系統(tǒng)中經(jīng)常需要配備備用的交流電源，在220V交流主電源中斷的情況下，可以由UPS給系統(tǒng)供電。為電廠配置的UPS結(jié)構(gòu)框圖如圖11-31所示。第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三圖11-31第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三虛線框內(nèi)為UPS裝置，它由整流器／充電器、逆變器、靜態(tài)開關(guān)、手動旁路開關(guān)四部分組成。UPS裝置的交流電源由兩路冗余的不同段的廠用電保安電源供電，經(jīng)UPS主系統(tǒng)隔離變壓器和UPS旁路隔離調(diào)壓變壓器，由380V、3相變壓為220V、單相。第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三正常供電路徑是：廠用電保安段380V、三相電源經(jīng)UPS主系統(tǒng)隔離變壓器變壓為220V、單相，向UPS裝置供電，經(jīng)整流器／充電器將220V、單相交流電整流為220V直流電，該直流電一方面送逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)?20V、單相交流電，再經(jīng)靜態(tài)開關(guān)、手動旁路開關(guān)作為UPS裝置的輸出電源，送經(jīng)220V交流UPS電源配電柜向DCS系統(tǒng)各機(jī)柜配電；另一方面該直流電向220V直流蓄電池組浮充電，使直流蓄電池組保持額定容量的功率。第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三一旦廠用電保安段失電，或UPS主系統(tǒng)隔離變壓器故障或UPS的整流器／充電器故障，則220V直流蓄電池組投入工作，作為主電源，因此對220V直流蓄電池組的容量要有一定的要求，一般直流蓄電池組的容量應(yīng)滿足DCS系統(tǒng)在額定負(fù)荷下至少0.5h的用電量。第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三如果直流蓄電池組不滿足額定負(fù)荷下0.5h的用電量或UPS逆變器故障，則靜態(tài)開關(guān)自動將供電電源切至UPS的旁路電源。由于DCS系統(tǒng)微處理器和存儲器等對中斷電源時間的要求很嚴(yán)，靜態(tài)開關(guān)自動切換的時間要小于或等于5ms,，如UPS旁路電源長期供電，可將手動旁路開關(guān)切至UPS旁路電源。UPS裝置及其配套的變壓器容量應(yīng)根據(jù)DCS系統(tǒng)的最大負(fù)荷量設(shè)計，并應(yīng)留有一定的余量。第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三現(xiàn)場控制單元內(nèi)部各模件的供電，均采用直流電源，但對直流電源的等級要求不一，常見的有+5、±12、±15、+24V，也有更高直流電壓要求的情況。因此，現(xiàn)場控制單元內(nèi)必須具備直流穩(wěn)壓電源，將送來的交流電源轉(zhuǎn)換為適應(yīng)內(nèi)部各種模件需要的直流電源。通常情況下，+5、±12V供給HCU中的控制器和I／O模件使用；+24V供給端子板(為測量儀表或執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供電源)和手操器使用。對控制器供電的電源一般均要求與對現(xiàn)場檢測儀表或執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電的電源在電氣上互相隔離，以減小相互干擾。第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三㈠機(jī)柜Symphony的系統(tǒng)機(jī)柜分為模件與端子混裝柜和純端子柜兩種。這兩種機(jī)柜的外形和安裝方式都一樣，只是內(nèi)部電源的分配方式及支持設(shè)備有所不同。在機(jī)柜組裝時，已將系統(tǒng)和現(xiàn)場電源配置完成。第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三(1)模件、端子混裝柜。模件、端子混裝柜一般包括：電源系統(tǒng)；插在符合48.26cm(19in)標(biāo)準(zhǔn)安裝單元（卡籠）的模件；與相應(yīng)模件配套的端子單元等設(shè)備。它們的安裝排列分別是：機(jī)柜上部安裝電源系統(tǒng)；機(jī)柜中部安裝由安裝單元支持的所需系統(tǒng)模件，它是該單元的中心；機(jī)柜的下部留有足夠空間，用于安裝如環(huán)路通信使用的端子單元等設(shè)備。系統(tǒng)模件將直接插入模件安裝單元內(nèi)。模件的通信、使用的電源、接地線等電氣結(jié)構(gòu)的獲得與分配，全部由模件安裝單元上的印刷電路提供，不需要另外布線。模件本身可以帶電插拔，這使得模件的更換與連接變得非常容易。機(jī)柜專門設(shè)計了空氣過濾與通風(fēng)，以及超溫報警等裝置，為模件的正常運行提供了安全可靠的環(huán)境。第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三(2)端子柜。端子柜的結(jié)構(gòu)，除了不安裝模件安裝單元和所支持的系統(tǒng)模件及相應(yīng)的電源系統(tǒng)外，與其他模件柜或混裝柜是一樣的。現(xiàn)場電纜進(jìn)入機(jī)柜的方式可以根據(jù)用戶要求采用頂部或底部進(jìn)入。端子的安排方式采用“端子單元”的形式，每個端子單元對應(yīng)一個模件，使系統(tǒng)具有很大的靈活性，適應(yīng)各類工業(yè)過程的需要。柜子的上部和下部均留有空間，用于布置電纜。在由強(qiáng)電引入的地方，端子單元有明顯的安全標(biāo)識。從端子單元到模件的電纜采用阻燃型，在機(jī)柜內(nèi)部全部采用預(yù)制電纜連接，大大減少了現(xiàn)場電纜裝配工作量。第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三㈡電源DCS系統(tǒng)需要一個可靠的、高性能的交流電源，盡管它往往被轉(zhuǎn)換成其他電平和類型，以用于系統(tǒng)各設(shè)備和卡件，但正是有了交流電源才保證了系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。Symphony系統(tǒng)的現(xiàn)場控制單元采用互為冗余的雙路電源系統(tǒng)，即為互為獨立的外部電源，見圖12-26。第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三輸入電源電壓類型可選擇120／240VAC或125VDC。該雙路電源在線同時工作，為冗余的兩套電源系統(tǒng)供電。在HCU的系統(tǒng)電源中，針對雙路輸入電源，單獨配置了引入開關(guān)。進(jìn)線電源濾波裝置等部件，以提高電源的品質(zhì)和增強(qiáng)對電源操作的方便程度。兩路電源同時工作，各承擔(dān)50％負(fù)荷，當(dāng)一側(cè)電源故障時，另一側(cè)自動承擔(dān)100％負(fù)荷。每路電源在單獨工作時，它們均能承擔(dān)100％的負(fù)荷并保證電源裕量。外部輸入電源進(jìn)入系統(tǒng)后，被分別引入到兩個安裝位置固定的電源模塊上。電源模塊將輸入電源轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)模件及現(xiàn)場需要的直流電源。在電源系統(tǒng)中，還配置有專門的故障檢驗部分，使電源的工作狀態(tài)清晰的表示在相應(yīng)設(shè)備上。另外，電源的冷卻風(fēng)扇安裝在機(jī)架內(nèi)部及機(jī)柜門上。第三十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三分散控制系統(tǒng)控制柜電源卡故障處理（以INFI-90控制系統(tǒng)的PCU柜為例）需要說明的問題和要求1．要求單獨完成2．需要協(xié)助時可向考評員申請，由考評員安排指定協(xié)助人員3．要求安全文明生產(chǎn)工具、材料、設(shè)備、場地1．多功能螺絲刀12．無3．PCU柜電源