淺析發(fā)電廠DCS系統(tǒng)干擾及防范

李 強(qiáng)

攀鋼發(fā)電廠 四川攀枝花市

1.存在的問(wèn)題

攀鋼發(fā)電廠自2001年3臺(tái)發(fā)電機(jī)組熱控部分進(jìn)行DCS+DEH系統(tǒng)改造以來(lái)，由于干擾原因造成DCS+DEH系統(tǒng)故障現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

（1）2002年9月，2#機(jī)組DCS+DEH系統(tǒng)改造后施工調(diào)試階段，在調(diào)試鍋爐給粉機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)DCS+DEH系統(tǒng)在操作員顯示畫(huà)面上給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和電流信號(hào)偏高，且該接線端子板上其他信號(hào)也出現(xiàn)相同現(xiàn)象，檢查測(cè)試輸入電流（4～20mA）信號(hào)正常。

（2）2002年10月，2#機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中突然出現(xiàn)汽機(jī)主汽門(mén)關(guān)閉，檢查未發(fā)現(xiàn)有人為操作指令，DCS LPC卡停機(jī)保護(hù)組態(tài)邏輯正確。

（3）2010年3月，1#機(jī)組球磨機(jī)入口溫度信號(hào)在DCS控制畫(huà)面出現(xiàn)跳變現(xiàn)象，顯示值不準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)檢查測(cè)試該元件阻值正常。

2.原因分析

該廠工作環(huán)境十分惡劣，環(huán)境溫度變化、空氣中粉塵、電磁干擾都會(huì)影響集散控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性，甚至直接影響發(fā)電機(jī)組的安全。下面具體分析各種干擾情況。

（1）環(huán)境溫度影響。環(huán)境溫度對(duì)DCS設(shè)備（工控機(jī)、卡件及接線端子板）安全影響十分明顯，對(duì)集成電路和電子元件而言，室溫在規(guī)定使用范圍每增加10℃，可靠性降低25%，器件周?chē)沫h(huán)境溫度超過(guò)60℃，計(jì)算機(jī)就會(huì)發(fā)生故障；溫度變化，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及冷熱變化加劇器件、材料損傷，電氣性能變化。

（2）粉塵影響?？諝庵蟹蹓m對(duì)集散控制系統(tǒng)的危害也是較大的，計(jì)算機(jī)設(shè)備由于磁盤(pán)與磁頭間隙很小，灰塵進(jìn)入其中后，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，造成機(jī)械損傷，磁頭磨損；灰塵吸附在控制卡件和接線端子板的集成電路和電子元件使絕緣降低，甚至短路，相反絕緣性塵埃則會(huì)使插件接觸不良。

（3）電磁干擾。電磁干擾對(duì)集散控制系統(tǒng)的影響較大，但產(chǎn)生干擾的原因主要有：①內(nèi)部干擾，由集散控制系統(tǒng)設(shè)備自身產(chǎn)生的干擾。由于集散控制系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部卡件、接線端子板線路布局不合理，在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生電磁波引起干擾。電子設(shè)備的電源濾波不好，供電品質(zhì)不高，內(nèi)電源電壓波動(dòng)和諧波產(chǎn)生的干擾。電子設(shè)備內(nèi)部電路的參考地對(duì)高頻信號(hào)和低頻信號(hào)的感抗不同，導(dǎo)致對(duì)高頻信號(hào)和低頻信號(hào)的參考電位不同，引起的干擾。從該廠使用的上海新華的DCS設(shè)備情況看，該系統(tǒng)除采用硬件抗干擾技術(shù)外，還采用了軟件抗干擾技術(shù)，內(nèi)部干擾的情況已經(jīng)基本上得到了解決。②外部干擾，指電子設(shè)備在其使用的外部環(huán)境中直接或間接承受的電磁干擾。在發(fā)電廠中，電子設(shè)備的外部干擾源很多，如輻射電磁波、無(wú)線電波、電火花、過(guò)電壓、大容量設(shè)備的啟停、電氣設(shè)備事故接地、雷擊等。這些干擾源通過(guò)以下幾種方式作用到電子設(shè)備上，產(chǎn)生干擾噪聲。③接地線的影響，當(dāng)電子設(shè)備與電氣設(shè)備共用接地網(wǎng)時(shí)，如果發(fā)生電氣設(shè)備過(guò)電壓等情況，接地網(wǎng)電位發(fā)生瞬時(shí)變化，此時(shí)，不同電子設(shè)備的接地之間產(chǎn)生電位差，由此引起干擾。1#機(jī)組球磨機(jī)入口風(fēng)溫度顯示異常就是屬于接地線未接好引起干擾，由于接地線脫落接線端子板上該通道有幾十伏不等的交流電壓分量存在，造成該卡件其他通道也不能正常顯示。

3.結(jié)論

從以上各種干擾對(duì)DCS的影響情況來(lái)看，該廠存在的干擾主要是外部干擾信號(hào)，這些干擾信號(hào)對(duì)該廠DCS的影響主要反映在以下幾個(gè)方面。

（1）干擾信號(hào)影響儀表的測(cè)量精度，如前面介紹的給粉機(jī)變頻控制器載波信號(hào)干擾大造成測(cè)量不準(zhǔn)確等現(xiàn)象。

（2）干擾信號(hào)導(dǎo)致控制系統(tǒng)工作不正常，如引起控制系統(tǒng)設(shè)備誤動(dòng)、拒動(dòng)等，如前面介紹的2#機(jī)組汽機(jī)停機(jī)保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)故障。

（3）干擾信號(hào)造成計(jì)算機(jī)的執(zhí)行程序或數(shù)據(jù)丟失，嚴(yán)重時(shí)引起死機(jī)。

（4）干擾信號(hào)嚴(yán)重的會(huì)造成電子設(shè)備的性能降低、甚至卡件、接線端子板等設(shè)備損壞，如球磨機(jī)入口溫度跳變等故障現(xiàn)象。

4.防范干擾的措施

針對(duì)干擾信號(hào)產(chǎn)生的原因和途徑，采取一系列措施來(lái)防范干擾信號(hào)。首先干擾信號(hào)若要對(duì)控制設(shè)備產(chǎn)生影響必須具備3個(gè)條件：①有干擾源。②有傳播途徑。③有承受干擾的設(shè)備。因此要降低干擾對(duì)控制設(shè)備的影響，對(duì)應(yīng)也有3種思路，第一消除或抑制干擾源；第二破壞干擾信號(hào)傳播途徑；第三降低控制設(shè)備對(duì)干擾的敏感性。

消除干擾源是抑制干擾最有效的方法，但在現(xiàn)場(chǎng)很難做到。首先從控制系統(tǒng)施工角度消除，抑制干擾通常是采取破壞干擾傳播途徑的方法，而從制造角度則是采取降低卡件和工業(yè)計(jì)算機(jī)對(duì)外部干擾的敏感性，以及減少內(nèi)部擾動(dòng)的方法。因此在分散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、改造、檢修時(shí)應(yīng)做好以下工作來(lái)消除或減少干擾信號(hào)的影響。

（1）接地。電子設(shè)備接地就是要使電子設(shè)備與地保持等地位。分散控制系統(tǒng)的接地可分為以下幾種：①安全地（保護(hù)地），即機(jī)柜的外殼接地，用以保護(hù)人身和設(shè)備免于高電壓。②交流地（電源地），即計(jì)算機(jī)電源的中性點(diǎn)接地。③信號(hào)地（屏蔽地），計(jì)算機(jī)輸入信號(hào)用的屏蔽電纜的屏蔽接地，用以釋放屏蔽層的靜電能量。④邏輯地（參考地），即計(jì)算機(jī)內(nèi)部電路的參考零電位點(diǎn)。

該廠在分散控制系統(tǒng)改造施工時(shí)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行施工：將DPU控制柜內(nèi)的邏輯地、機(jī)箱地、機(jī)架地按照星型連接，每個(gè)DPU控制柜和接線端子柜實(shí)行單點(diǎn)接地。將每個(gè)控制柜和接線端子柜的接地點(diǎn)接入4#控制柜接地排后接到廠用接地網(wǎng)（圖1）。因此在機(jī)組大、小修工作中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備接地情況進(jìn)行檢查，及時(shí)消除設(shè)備接地中存在的隱患。針對(duì)該廠1#機(jī)組球磨機(jī)入口溫度造成卡件故障，技術(shù)人員對(duì)各種原因進(jìn)行分析，檢查確認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的信號(hào)電纜線屏蔽接地線松脫產(chǎn)生干擾電壓造成卡件故障，重新接好屏蔽線，溫度信號(hào)顯示正常。

圖1 DCS設(shè)備接地線示意圖

（2）屏蔽。屏蔽是用金屬（屏蔽體）把電場(chǎng)或磁場(chǎng)等外界干擾阻止在受干擾物之外。該廠在DCS+DHE控制系統(tǒng)改造時(shí)對(duì)接入DCS系統(tǒng)的模擬信號(hào)電纜采用屏蔽電纜，將屏蔽電纜的屏蔽層分別接入接線端子柜的接地板。對(duì)于多芯對(duì)絞屏蔽電纜，每對(duì)對(duì)絞線外有單獨(dú)的屏蔽層，防止對(duì)絞線之間產(chǎn)生感性耦合，對(duì)絞線的屏蔽應(yīng)是彼此絕緣的，將電纜的總屏蔽層接到接地排。屏蔽線使用的有三種接地方式。

（3）輻射干擾防范措施。對(duì)于由于電磁輻射造成的干擾應(yīng)在電子間管理上嚴(yán)格要求：機(jī)組運(yùn)行時(shí),在電子間內(nèi)不準(zhǔn)使用產(chǎn)生輻射干擾的設(shè)備（如移動(dòng)電話、對(duì)講機(jī)等）；嚴(yán)禁在電子設(shè)備間使用電焊機(jī)、沖擊鉆等強(qiáng)電磁干擾設(shè)備；敷設(shè)信號(hào)電纜時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高頻設(shè)備，避免電磁輻射干擾影響集散控制系統(tǒng)安全運(yùn)行。例如在2#爐給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)故障處理過(guò)程中，一方面對(duì)信號(hào)電纜敷設(shè)情況進(jìn)行檢查，另一方面與變頻器廠家進(jìn)行聯(lián)系，經(jīng)過(guò)相關(guān)技術(shù)人員多次分析最后確定為給粉機(jī)變頻載波頻率輻射大造成（設(shè)備要求設(shè)置為0～15Hz，變頻控制器設(shè)置為10Hz），最后設(shè)置為2Hz后，信號(hào)顯示正常。

（4）隔離。該廠改造施工過(guò)程中和設(shè)備檢修時(shí)對(duì)重要控制系統(tǒng)信號(hào)電纜敷設(shè)時(shí)作了如下要求：①在電纜比較集中的地方，信號(hào)電纜、控制電纜該和電力電纜應(yīng)分層敷設(shè)。避免信號(hào)電纜、控制電纜與電力電纜平行敷設(shè)，避免將弱電信號(hào)線與電力線放在同一根電纜之中，避免電信號(hào)回路與強(qiáng)電回路共用接地線。②2#機(jī)組汽機(jī)停機(jī)保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)的誤動(dòng)故障后，對(duì)該系統(tǒng)接入DCS系統(tǒng)邏輯控制信號(hào)通過(guò)隔離繼電器隔離后，接線端子板上無(wú)交流干擾電壓信號(hào)，保護(hù)系統(tǒng)正常工作。對(duì)3臺(tái)機(jī)組汽機(jī)停機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的接入汽機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)22個(gè)開(kāi)關(guān)量（汽機(jī)軸向位移達(dá)高二值、凝汽器真空低等）接點(diǎn)輸入信號(hào)分別接入DC 48V隔離繼電器進(jìn)行隔離后輸出干接點(diǎn)信號(hào)到DCS系統(tǒng)接線端子板，以防止干擾信號(hào)導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)。

（5）環(huán)境溫度控制。從該廠DCS電子間溫度情況來(lái)看，溫度基本上在20～30℃變化，為確保DCS設(shè)備安全運(yùn)行，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)運(yùn)行檢修導(dǎo)則》中控制室及電子設(shè)備間的溫度和濕度的要求：電子設(shè)備間的環(huán)境溫度宜保持在18～24℃，溫度變化率應(yīng)盡量最小。該廠3#機(jī)組集散控制系統(tǒng)電子間由于空氣流動(dòng)性較差，控制室和電子間溫度差大，建議在控制室上方安裝窗戶，以保證集散控制系統(tǒng)電子間室內(nèi)溫度和濕度保持相對(duì)穩(wěn)定，滿足集散控制系統(tǒng)設(shè)備溫度環(huán)境要求。

（6）電子間粉塵控制。該廠集散控制系統(tǒng)電子間粉塵問(wèn)題，應(yīng)在設(shè)備檢修過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)控制柜、卡件、計(jì)算機(jī)和接線端子板的清掃，機(jī)柜和計(jì)算機(jī)濾網(wǎng)應(yīng)定期清洗和更換；利用機(jī)組大小修機(jī)會(huì)加強(qiáng)對(duì)粉塵泄漏的治理，對(duì)進(jìn)入控制室和DCS系統(tǒng)接線端子柜的電纜孔洞應(yīng)嚴(yán)密封堵。防止粉塵進(jìn)入DCS系統(tǒng)控制柜，為集散控制系統(tǒng)設(shè)備提供良好的工作環(huán)境。

5.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該廠存在的干擾對(duì)集散控制系統(tǒng)設(shè)備造成的幾個(gè)故障的分析和處理類(lèi)似故障采取的具體措施，以及在檢修、施工中應(yīng)注意的問(wèn)題的介紹。電廠集散控制系統(tǒng)設(shè)備要有效地消除各種干擾信號(hào)，只有通過(guò)在施工和設(shè)備檢修過(guò)程中嚴(yán)格按照相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理，有效地消除干擾源、切斷干擾傳播途徑，進(jìn)一步降低各種干擾對(duì)集散控制系統(tǒng)設(shè)備的影響，以保證了集散控制系統(tǒng)設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。