專利名稱：大型自動控制系統(tǒng)的配電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)自動控制領(lǐng)域，特別是大型自動控制系統(tǒng)的配電 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，電力、冶金、石化等行業(yè)設(shè)有自動控制系統(tǒng)的場所中，其配電系統(tǒng) 都設(shè)計有UPS不間斷電源系統(tǒng)，它的作用是防止發(fā)生事故時廠自用交流工作電源消失后， 控制系統(tǒng)因失電而失去監(jiān)控作用，導(dǎo)致失去事故的后處理和事故記錄過程，從而避免事故 的擴(kuò)大或造成不應(yīng)有的損失。在事故發(fā)生失去廠自用交流電源時，UPS不間斷電源系統(tǒng)是將直流220V蓄電池電 源逆變成控制系統(tǒng)所需的交流220V工作電源，以確保失去廠自用電后對生產(chǎn)流程的負(fù)面 影響降到最小。所以工業(yè)控制領(lǐng)域的控制系統(tǒng)都設(shè)計有二套來自不同地方、不同性質(zhì)的電源為其 供電，這二套來自不同地方、不同性質(zhì)的電源互為備用，就是為了避免自動控制系統(tǒng)失電后 對工業(yè)流程造成不良后果?，F(xiàn)階段使用的UPS不間斷電源系統(tǒng)存在下述缺陷現(xiàn)在工業(yè)控制系統(tǒng)使用的UPS不間斷電源系統(tǒng)復(fù)雜，以2X330MW火力發(fā)電廠用的 UPS電源系統(tǒng)為例，設(shè)備的一次投入高，二臺機(jī)組設(shè)備費(fèi)約300萬元左右，投運(yùn)后UPS系統(tǒng)自 身耗電量大，年耗電約40萬kWh，現(xiàn)場安裝后的調(diào)試工作、日后的維護(hù)、檢修工作量以及維 護(hù)檢修的工作難度也比較大。UPS不間斷電源系統(tǒng)由很復(fù)雜的電路組成，因此自身發(fā)生系統(tǒng)故障也很難避免，它 的故障對于電源可靠性依賴很高的自控系統(tǒng)來說，產(chǎn)生的后果同樣是嚴(yán)重的。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)施， 維護(hù)檢修方便，一次費(fèi)用投入少的大型自動控制系統(tǒng)的配電系統(tǒng)。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案如下一種大型自動控制系統(tǒng)的配 電系統(tǒng)，包括保安段電源母線，直流220V電池組電源母線，第一 DCS配電柜，第二 DCS配電 柜，其特征在于保安段電源母線經(jīng)第一電源電纜與第一DCS配電柜連接，直流220V電池組 電源母線經(jīng)第二電源電纜與第二 DCS配電柜連接，第一電源電纜與第二電源電纜均裝有電 源開關(guān)。本實(shí)用新型將原系統(tǒng)的第二路交流電源改為直流供電，整體只有二根電纜連接電 源供給點(diǎn)和負(fù)載。本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)是用直流220V電池電源替代UPS不間斷電源系統(tǒng)，對于已經(jīng)裝 有UPS不間斷電源系統(tǒng)的工業(yè)自動控制系統(tǒng)來說，只需將直流220V電池組電源母線經(jīng)電纜 與第二 DCS配電柜直接連接即可。換言之，已經(jīng)裝有UPS不間斷電源系統(tǒng)的工業(yè)自動控制 系統(tǒng)，不需另配直流蓄電池，只要將現(xiàn)有的UPS不間斷電源系統(tǒng)使用的直流蓄電池直接連 接到第二配電柜。本實(shí)用新型具備有與現(xiàn)有UPS不間斷電源系統(tǒng)同樣的不間斷電源的技術(shù)效果，使 工業(yè)自動控制系統(tǒng)的供電系統(tǒng)發(fā)生極大的改變，大大地簡化了為工業(yè)自動控制系統(tǒng)供電的 電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，極大地降低了設(shè)備一次投入成本，極大降低了日常UPS系統(tǒng)自身耗電，減少日后的維護(hù)和檢修工作，消除了 UPS系統(tǒng)自身故障對工業(yè)自動控制系統(tǒng)產(chǎn)生的不良影 響。以2X33CMW火力發(fā)電廠的UPS不間斷電源系統(tǒng)為例，使用本實(shí)用新型，或者說用 直流220V電源替代UPS不間斷電源后的電源系統(tǒng)，比原電源系統(tǒng)減少進(jìn)口設(shè)備，例如電力 變壓器、電源開關(guān)、電力電纜、UPS不間斷電源設(shè)備等投資約300萬元，減少UPS系統(tǒng)設(shè)備 (如隔離變壓器、整流變壓器、調(diào)壓變壓器、整流器、逆變器、可控硅快速切換開關(guān)等)自身 年耗電40萬kWh以上，今后幾乎沒有了維護(hù)和檢修工作。本實(shí)用新型適用于所有工業(yè)領(lǐng)域中需配備UPS不間斷電源裝置的控制系統(tǒng)。下面對實(shí)用新型產(chǎn)生的關(guān)鍵點(diǎn)給予說明與分析因?yàn)閷?shí)用新型人熟悉微電子技術(shù)，知道現(xiàn)代控制設(shè)備的電路工作原理；熟悉UPS 不間斷電源系統(tǒng)的工作原理與工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)刂齐娫吹募夹g(shù)要求，所以發(fā)現(xiàn)了有重大改 進(jìn)的可能。第一，本實(shí)用新型的理論依據(jù) 目前控制設(shè)備使用交流220V電源有二種電源轉(zhuǎn)換型式來把交流電源轉(zhuǎn)換成供控 制設(shè)備使用的直流48V、24V、5V等電壓；其一是傳統(tǒng)的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源，或稱線性調(diào)節(jié)穩(wěn)壓 電源，其二是開關(guān)型穩(wěn)壓電源。串聯(lián)式穩(wěn)壓電源由工頻(50Hz)電源變壓器(電源變壓器由硅鋼片和線圈繞組構(gòu) 成)經(jīng)不同的繞組轉(zhuǎn)換成合適的電壓，再經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓。因?yàn)橛泄ゎl電源變壓器，所 以該裝置只能使用工頻交流電源作為能量供給。開關(guān)型穩(wěn)壓電源是近二十年產(chǎn)生的穩(wěn)壓電源，其效率比串聯(lián)式穩(wěn)壓電源提高了 一 倍以上，它的優(yōu)點(diǎn)是效率高、能耗低、體積小、重量輕、消耗的有色金屬少，缺點(diǎn)是電路復(fù) 雜。但隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，復(fù)雜的電路已不是限制開關(guān)型穩(wěn)壓電源普及的障礙。所以 現(xiàn)大多數(shù)電氣設(shè)備均采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源作為電源轉(zhuǎn)換裝置。1.1開關(guān)型穩(wěn)壓電源工作的基本原理開關(guān)型穩(wěn)壓電源工作的基本原理見圖3 交流電源(220V)首先經(jīng)RFI濾波器給予 噪聲抑制，再將電源全波整流、濾波，得到了 倍電源的約300V直流電壓，再將直流調(diào)制成 幾 幾百kHz的高頻，交流高頻經(jīng)過鐵氧體隔離變壓器變壓、整流、濾波、形成固定的電壓， 當(dāng)電源電壓或輸出電壓有波動時經(jīng)過反饋改變高頻調(diào)制器PWM的占空比(或改變交流的頻 率)，調(diào)節(jié)穩(wěn)定鐵氧體變壓器次級的供出電壓。1. 2開關(guān)型穩(wěn)壓電源采用直流220V供電的情況由于開關(guān)型穩(wěn)壓電源首先是將輸入的交流電源經(jīng)過整流、濾波，所以直流220V 電源也可直接使用；只是多經(jīng)過了一次基本沒用(但也不礙事)的RFI濾波器、整流，電 壓比原設(shè)計的220V電源電壓低了近ιοον，但由于開關(guān)型穩(wěn)壓電源有很寬的電源電壓 (220V)使用范圍(可達(dá)到_50%、+30%以上)，因此直流220V直接輸入開關(guān)型穩(wěn)壓電源是 能正常工作的。1.3由DCS控制系統(tǒng)供電的常用幾種設(shè)備a. DPU控制機(jī)柜b.操作員站、工程師站、歷史站[0028]c.網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)e.打印機(jī)由于 開關(guān)型穩(wěn)壓電源優(yōu)越的技術(shù)性能，目前大多數(shù)控制設(shè)備的電源轉(zhuǎn)換都采用了 開關(guān)型穩(wěn)壓電源，以上的所有設(shè)備電源轉(zhuǎn)換均采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源；這就為直流220V電源 替代UPS不間斷電源創(chuàng)造了條件。由于開關(guān)型穩(wěn)壓電源內(nèi)部設(shè)有整流器，因此直流220V電源接入開關(guān)型穩(wěn)壓電源 也沒有極性的要求，也就是不分電源極性，怎么接入均可。第二，本實(shí)用新型的可靠性DCS的DPU控制機(jī)柜接收二路電源，只要有一路電源正常整個機(jī)柜就可工作。DCS 的DPU控制機(jī)柜電源工作原理見圖4。廠自用交流電(保安段電源)與廠自用直流(或蓄電池組)是兩種不同性質(zhì)不同 來路的電源，同時出現(xiàn)故障的機(jī)率幾乎是沒有的，而且廠自用直流又是電氣和其它熱控系 統(tǒng)非常重要的電源，因此它的可靠性是可以得到保證的。電力系統(tǒng)的規(guī)程規(guī)定重要控制系統(tǒng)的電源供給要由不同性質(zhì)、不同來路的兩路 電源提供，這與廠自用交流電(保安段電源)與廠自用直流(或蓄電池組)是兩種不同性 質(zhì)不同來路的電源相吻合。而且UPS系統(tǒng)自身也有發(fā)生故障的機(jī)率，所以使用廠自用直流替代UPS系統(tǒng)的故 障機(jī)率會更低，因此更可靠。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖，圖2現(xiàn)階段某2X330MW電廠一臺機(jī)組的UPS電源系統(tǒng)圖，圖3是開關(guān)型穩(wěn)壓電源原理方框圖，圖4是DPU控制機(jī)柜內(nèi)電源分配原理圖，圖5是目前普遍使用的DCS控制系統(tǒng)設(shè)備電源分配圖，圖6是應(yīng)用本實(shí)用新型的DCS控制系統(tǒng)設(shè)備電源分配圖。圖中1_保安段電源母線，101-第一路保安電源母線，102-第二路保安電源母線 10，2-直流22(^電池組電源母線，3-第一 DCS配電柜，4-第二 DCS配電柜，5-第一電源 電纜，6-第二電源電纜，7-電源開關(guān)，8-調(diào)壓變壓器，9-隔離變壓器，10-旁路電源開關(guān)， 11-可控硅快速切換開關(guān)，12-降壓變壓器，13-整流器，14-隔離二極管，15-逆變器，16-逆 變電源開關(guān)，17-A網(wǎng)交換機(jī)，18-B網(wǎng)交換機(jī)，19-A打印機(jī)，20-B打印機(jī)，21-第一、三、五號操 作站，22-第二、四號操作站，23-歷史站，24-DPU控制柜，25-工程師站，26-UPS輸出母線。
具體實(shí)施方式
如圖1所示一種大型自動控制系統(tǒng)的配電系統(tǒng)，包括保安段電源 母線1，直流220V電池組電源母線2，第一 DCS配電柜3，第二 DCS配電柜4，其特征在于保 安段電源母線1經(jīng)第一電源電纜5與第一 DCS配電柜3連接，直流220V電池組電源母線2 經(jīng)第二電源電纜6與第二 DCS配電柜4連接，第一電源電纜5與第二電源電纜6均裝有電 源開關(guān)7。參見圖2 現(xiàn)階段使用的現(xiàn)階段UPS電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，UPS系統(tǒng)的本身包括有許 多的電子設(shè)備，如隔離變壓器9、降壓變壓器12、調(diào)壓變壓器8、整流器13、逆變器15、可控 硅快速切換開關(guān)11等；參見圖2，以某2X33CMW電廠一臺機(jī)組的UPS電源系統(tǒng)為例，有二 路保安電源母線和直流220V電池組電源母線2，二路保安電源母線即第一路保安電源母線101與第二路保安電源母線102，第一路保安電源母線101經(jīng)第一電源電纜5與第一 DCS配電柜3連接，第一路保安電源母線101還有連接到可控硅快速切換開關(guān)11的線路，線路上 依次串聯(lián)有電源開關(guān)7、調(diào)壓變壓器8、隔離變壓器9及旁路電源開關(guān)10 ；第二路保安電源母線102也有連接到可控硅快速切換開關(guān)11的線路，線路上依次 串聯(lián)有降壓變壓器12、整流器13、逆變器15、隔離變壓器9及逆變電源開關(guān)16 ；可控硅快速 切換開關(guān)11的輸出線路經(jīng)UPS輸出母線26、第二電源電纜6等與第二 DCS配電柜4連接；直流220V電池組電源母線輸出線路通過隔離二極管14連接到整流器13與逆變 器15之間。比較圖1與圖2 本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)極其簡單，不僅減少了 UPS系統(tǒng)的設(shè)備如隔離 變壓器、降壓變壓器、調(diào)壓變壓器、整流器、逆變器、可控硅快速切換開關(guān)等的一次投資，以 2 X 330麗火力發(fā)電廠的UPS不間斷電源系統(tǒng)為例，還可減少UPS系統(tǒng)自身年耗電40萬kWh 以上。本實(shí)用新型的應(yīng)用實(shí)例本實(shí)用新型在甘肅臘子口二級水電站(3X1. 7MW)成功應(yīng)用近一年。具體作法是 將直流220V蓄電池電源直供DCS控制系統(tǒng)的第二路工作電源，期間發(fā)生過多次失去廠自用 交流電(DCS控制系統(tǒng)的第一路工作電源)，但DCS控制系統(tǒng)因?yàn)橛兄绷?20V蓄電池直流供 電而沒有受到影響，達(dá)到了 UPS不間斷電源的效果。該應(yīng)用實(shí)例減少設(shè)備投資15萬元，年降低電耗約5萬kWh。使用本實(shí)用新型帶來的問題及解決方案在實(shí)施過程中，需要改變部分控制系統(tǒng)的供電設(shè)計方案，需要針對被控設(shè)備二次 直流電源系統(tǒng)制定適當(dāng)?shù)恼{(diào)整配套措施，以減少直流電池電量的過多消耗；就是將大部分 負(fù)荷通過分配到交流電源系統(tǒng)，直流電源只供給很少的一部分，僅作為事故情況下的備用 電源。甘肅臘子口二級水電站控制系統(tǒng)電池電源替代UPS電源后控制系統(tǒng)電源分配見 圖6 保安段電源母線1經(jīng)第一電源電纜5輸入第一 DCS配電柜3，第一 DCS配電柜3輸 出端與數(shù)個DCS的DPU控制柜24連接，作為數(shù)個DCS的DPU控制柜24的第一路工作電源； 第一 DCS配電柜3輸出端還與第一、三、五號操作站21連接，第一 DCS配電柜3輸出端還與 A網(wǎng)交換機(jī)17、工程師站25和A打印機(jī)19與B打印機(jī)20連接；廠用直流220V電池組電源母線2經(jīng)第二電源電纜6輸入第二 DCS配電柜4，第二 DCS配電柜4輸出端也與數(shù)個DCS的DPU控制柜24連接，作為數(shù)個DCS的DPU控制柜24的 第二路工作電源；第二 DCS配電柜4還與第二、四號操作站22連接，第二 DCS配電柜4還與 B網(wǎng)交換機(jī)18及歷史站23連接。圖5為目前普遍使用的控制系統(tǒng)設(shè)備電源分配，與本實(shí)施應(yīng)用例的電源分配不同 的僅僅是將A打印機(jī)與B打印機(jī)這兩部打印機(jī)的電源安置在交流側(cè)，以減少直流系統(tǒng)的負(fù)荷。
權(quán)利要求1.一種大型自動控制系統(tǒng)的配電系統(tǒng)，包括保安段電源母線，直流220V電池組電源母 線，第一 DCS配電柜，第二 DCS配電柜，其特征在于所述保安段電源母線(1)經(jīng)第一電源 電纜(5)與第一 DCS配電柜(3)連接，所述直流220V電池組電源母線(2)經(jīng)第二電源電纜 (6)與第二 DCS配電柜(4)連接，所述第一電源電纜(5)與所述第二電源電纜(6)均裝有電 源開關(guān)(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種大型自動控制系統(tǒng)的配電系統(tǒng)，其特征在于所述第一DCS 配電柜(3)輸出端與數(shù)個DCS的DPU控制柜(24)連接，作為數(shù)個DCS的所述DPU控制柜 (24)的第一路工作電源；所述第一DCS配電柜(3)輸出端還與第一、三、五號操作站(21)連 接，所述第一 DCS配電柜(3)輸出端還與A網(wǎng)交換機(jī)(17)、工程師站(25)和A打印機(jī)(19) 與B打印機(jī)(20)連接；所述第二 DCS配電柜(4)輸出端也與數(shù)個DCS的所述DPU控制柜 (24)連接，作為數(shù)個DCS的所述DPU控制柜(24)的第二路工作電源；所述第二 DCS配電柜 (4)還與第二、四號操作站(22)連接，所述第二 DCS配電柜(4)還與B網(wǎng)交換機(jī)(18)及歷 史站(23)連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及工業(yè)自動控制領(lǐng)域，特別是大型自動控制系統(tǒng)的配電系統(tǒng)；包括保安段電源母線，直流220V電池組電源母線，第一DCS配電柜，第二DCS配電柜，保安段電源母線經(jīng)第一電源電纜與第一DCS配電柜連接，直流220V電池組電源母線經(jīng)第二電源電纜與第二DCS配電柜連接，第一電源電纜與第二電源電纜均裝有電源開關(guān)。它將原系統(tǒng)的第二路交流電源改為直流供電，整體只有二根電纜連接電源供給點(diǎn)和負(fù)載。其實(shí)質(zhì)是用直流220V電池電源替代UPS不間斷電源系統(tǒng)。它適用于所有工業(yè)領(lǐng)域中需配備UPS不間斷電源裝置的控制系統(tǒng)，簡化了為工業(yè)自動控制系統(tǒng)供電的電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備一次投入成本及日常UPS系統(tǒng)自身耗電，減少日后的維護(hù)和檢修工作。
文檔編號H02J9/04GK201839065SQ20102060158
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者尹正民, 紀(jì)亞非 申請人:甘肅電力科學(xué)研究院