淺談艾默生DCS系統(tǒng)OVATION3.51接地

張西香

摘要： DCS系統(tǒng)合理、準(zhǔn)確及可靠接地，是保證電廠機(jī)組DCS安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行的必要條件，是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信暢通無(wú)阻的重要前提。根據(jù)該廠4×350MW 燃煤機(jī)組采用的DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)DCS系統(tǒng)的接地進(jìn)行了探討。

Abstract： The DCS system with reasonable， accurate and reliable grounding， is a necessary condition to ensure the safe， stable and reliable operation of the DCS in power plants， and is an important prerequisite of network communication working smoothly. According to the design of DCS system used by 4×350MW coal-fired units and the actual experience， discuss the grounding of DCS system.

關(guān)鍵詞： OVATION；DCS；接地；屏蔽；干擾

Key words： OVATION；DCS；grounding；shielding；interference

中圖分類號(hào)：N945.23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）10-0131-03

0 引言

該廠4×350MW超臨界燃煤機(jī)組采用的艾默生新版OVATION3.51 DCS分散控制系統(tǒng)對(duì)接地的要求非常嚴(yán)格。接地設(shè)計(jì)及安裝的好壞直接影響到系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量，因此工程技術(shù)人員還必須重視DCS接地問(wèn)題。DCS系統(tǒng)合理、準(zhǔn)確及可靠接地，是保證電廠機(jī)組DCS安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行的必要條件，是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信暢通無(wú)阻的重要前提。正確的接地不僅能抑制外部來(lái)的干擾，還能減少設(shè)備對(duì)外部的干擾影響。相反錯(cuò)誤的接地反而會(huì)引入干擾，情況嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致DCS系統(tǒng)無(wú)法正常工作。因此接地問(wèn)題不僅在DCS系統(tǒng)開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)要全面細(xì)致考慮，更要在工程安裝時(shí)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。筆者作為該在建電廠的工程技術(shù)人員，通過(guò)DCS設(shè)計(jì)、方案討論、出廠測(cè)試驗(yàn)收、接地方案的變更、單體調(diào)試、整套調(diào)試方案、DCS邏輯討論、連鎖保護(hù)試驗(yàn)等整個(gè)過(guò)程的參與，從中也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題及解決的辦法。下面就從幾個(gè)方面來(lái)談?wù)劙掳鍰CS控制系統(tǒng)OVATION3.51接地問(wèn)題。

1 DCS接地分類

通常DCS控制系統(tǒng)需要保護(hù)地和工作地兩種接地，其中工作地包括邏輯地、屏蔽地等。

保護(hù)地（CG）：DCS系統(tǒng)所有設(shè)備都應(yīng)接保護(hù)地，包括端子柜、打印機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜、操作員機(jī)柜等，其目的是為了防止設(shè)備外殼的靜電荷積累、避免造成人身傷害。保護(hù)地應(yīng)接至廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng)，接地電阻小于4Ω。

邏輯地（PG）：又稱主機(jī)電源地、機(jī)器邏輯地，需要接入公共接地極，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部的邏輯電平負(fù)端公共地，也是+5V等的電源輸出地。

屏蔽地（AG）：也叫模擬地，由于它能夠有效屏蔽掉現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳輸時(shí)受到的干擾，具有大大提高信號(hào)精度的作用。DCS系統(tǒng)中信號(hào)電纜的屏蔽層應(yīng)做屏蔽接地。線纜屏蔽層必須一端接地，防止形成閉合回路干擾。鎧裝電纜的金屬鎧不應(yīng)作為屏蔽保護(hù)接地，必須是銅絲網(wǎng)或鍍鋁屏蔽層接地。接入公共接地極。

2 DCS接地方式

通常DCS系統(tǒng)的接地方式有以下三種：

①設(shè)DCS專用接地網(wǎng)，經(jīng)接地線，再接至電氣接地網(wǎng)；

②設(shè)DCS系統(tǒng)專用獨(dú)立的接地網(wǎng)；

③利用電氣接地網(wǎng)作為DCS接地網(wǎng)，即與電氣接地網(wǎng)共地。

該廠4×350MW機(jī)組的DCS采用愛(ài)默生公司的OVATION3.51系統(tǒng)，為保證機(jī)組DCS的安全運(yùn)行，OVATION系統(tǒng)要求配置獨(dú)立的DCS接地地樁，不能與其它系統(tǒng)共用。該廠也根據(jù)電廠實(shí)際情況要求DCS應(yīng)有單獨(dú)安裝的接地網(wǎng)，DCS接地系統(tǒng)應(yīng)由地下主接地網(wǎng)及地上接地支線電纜組成，并保證接地電阻達(dá)到DCS廠家規(guī)定設(shè)計(jì)值。接地電阻測(cè)試：電氣用專用測(cè)試儀測(cè)試接地電阻。測(cè)試電阻要求不大于1？贅。目前，#1、#2機(jī)組未設(shè)計(jì)安裝專用接地網(wǎng)，DCS接地系統(tǒng)直接接入電氣全廠接地網(wǎng)，自2007年全國(guó)投入以來(lái)DCS系統(tǒng)I/O卡件已發(fā)生多起不明原因的損壞事件，電源模塊更是出現(xiàn)大量損壞事件（損壞率50%以上），直接威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行。

鑒于上述原因，需要安裝#1、#2機(jī)組DCS控制系統(tǒng)的單獨(dú)接地網(wǎng)，并將#1、#2爐主機(jī)DCS系統(tǒng)的接地電纜引入該單獨(dú)接地網(wǎng)。該廠#1、#2機(jī)組接地網(wǎng)的改造，既能保證控制系統(tǒng)設(shè)備的可靠接地，又能有效避免因接地不可靠而可能對(duì)設(shè)備造成的危害，從而保證設(shè)備和機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。目前從#1、#2機(jī)組運(yùn)行將近一年的情況看，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。因此，在建的#3、#4機(jī)組的DCS系統(tǒng)接地也采用#1、#2機(jī)組DCS系統(tǒng)改造過(guò)的接地方式。

3 OVATION系統(tǒng)接地原則

一般接地準(zhǔn)則：一些準(zhǔn)則適用于所有Ovation機(jī)柜配置：請(qǐng)勿通過(guò)非Ovation設(shè)備接地；請(qǐng)勿將非Ovation設(shè)備接地到Ovation機(jī)柜；請(qǐng)勿將Ovation電磁兼容性（EMC）接地到高電壓設(shè)備使用的接地點(diǎn)；請(qǐng)勿接地到結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

保護(hù)接地：為持續(xù)防止電擊，AC/DC輸入電源線的保護(hù)接地導(dǎo)體必須連接到位于配電模塊的AC/DC輸入連接器的保護(hù)接地端子，保護(hù)接地端子可使用“圓形接地”符號(hào)標(biāo)識(shí)。在任何情況下，都不得使用EMG接地作為保護(hù)接地。

Ovation機(jī)柜EMC接地：必須將Ovation系統(tǒng)中的Ovation機(jī)柜接地，以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾姶偶嫒菪裕‥MC）性能和系統(tǒng)可靠性

3.1 單機(jī)柜設(shè)置的接地準(zhǔn)則

使用最小4AWG電纜（最好0000AWG）將EMC接地連接至接地點(diǎn)。使用機(jī)柜內(nèi)的安裝板左下和右下部的專用螺栓進(jìn)行EMC連接如圖1，確保從機(jī)柜到接地點(diǎn)的DC電阻小于1Ω，并最小化長(zhǎng)度。為盡量避免接地回路，請(qǐng)確保AC主電源安全接地位于在電力上與EMC接地點(diǎn)相同的位置或至少此位置的1Ω之內(nèi)，僅在配電源接地的AC安全接地，避免在中間負(fù)荷中心接地。

3.2 群集機(jī)柜設(shè)置的接地準(zhǔn)則

采用群集機(jī)柜以簡(jiǎn)化EMC接地是可接受的。以下準(zhǔn)則適用：

①群集機(jī)柜設(shè)置如圖2和圖3卸下Ovation機(jī)柜中的短接棒所示，應(yīng)指定機(jī)柜#1為焦點(diǎn)機(jī)柜。焦點(diǎn)機(jī)柜是進(jìn)行EMC接地連接的機(jī)柜，其他機(jī)柜應(yīng)指定為相鄰機(jī)柜。在所有系統(tǒng)中，相鄰機(jī)柜都不得超出中心機(jī)柜10m，并且建議一個(gè)群集不超過(guò)5個(gè)機(jī)柜。在CE標(biāo)志認(rèn)證系統(tǒng)中，群集機(jī)柜必須配套（卸下相鄰機(jī)柜之間的側(cè)面板，并且使用經(jīng)認(rèn)證可用于機(jī)組的EMC襯墊栓緊相鄰機(jī)柜）?；蛘撸绻杭瘍?nèi)機(jī)柜間的所有電氣布線（EMC接地電纜除外）都在與機(jī)柜連接的接地金屬導(dǎo)體中進(jìn)行，則可不必符合適用的機(jī)柜要求。

②使用最小4AWG電纜（最好0000AWG）將EMC接地連接從群集內(nèi)的焦點(diǎn)機(jī)柜連接到接地點(diǎn)。使用機(jī)柜內(nèi)的安裝板左下和右下部的專用螺栓進(jìn)行EMC連接，確保從機(jī)柜到接地點(diǎn)的DC電阻小于1Ω。此外，群集中的所有機(jī)柜都必須使用最小4AWG的電纜從焦點(diǎn)機(jī)柜對(duì)其EMC接地進(jìn)行菊花鏈?zhǔn)浇泳€，確保最大限度地縮短從接地點(diǎn)到群集中最后一個(gè)機(jī)柜的接地電纜的總長(zhǎng)度。

③為盡量避免接地回路，請(qǐng)確保保護(hù)接地位于在電力上與EMC接地點(diǎn)相同的位置或至少此位置的1Ω之內(nèi)，僅在配電源接地保護(hù)接地導(dǎo)體，避免在中間負(fù)荷中心接地。

④數(shù)字電源接地（PGND）使用配電盤(pán)上出廠時(shí)安裝的短路棒連接到機(jī)柜，在安裝機(jī)柜群集時(shí)，從所有機(jī)柜上（焦點(diǎn)機(jī)柜除外）卸下此短路棒見(jiàn)圖2和圖3。

⑤每個(gè)機(jī)柜在配電盤(pán)的PGND螺栓和CBO背板或傳輸板（傳輸板包括ROP、RRP、RRB和TND）的PGND螺栓之間都有一條出廠時(shí)安裝的扎帶，要連接群集機(jī)柜中的PGND，請(qǐng)執(zhí)行以下操作：使用8AWG扎帶將焦點(diǎn)機(jī)柜配電盤(pán)上的PGND螺栓連接到相鄰群集機(jī)柜的背板或傳輸板上的PGND螺栓。如果群集中的某個(gè)相鄰機(jī)柜具有多個(gè)背板或面板，則僅將此扎帶連接至一個(gè)背板或面板，機(jī)柜內(nèi)的所有傳輸板都應(yīng)連接PGND點(diǎn)。如果焦點(diǎn)機(jī)柜的一側(cè)有多個(gè)相鄰機(jī)柜，則在每個(gè)機(jī)柜之間放一條PGND扎帶或使用一條PGND扎帶直接連接到焦點(diǎn)機(jī)柜（如適用），可以將此扎帶連接到在每個(gè)機(jī)柜的配電盤(pán)、背板或傳輸板上找到的任何可用PGND螺栓。

該廠Ovation系統(tǒng)對(duì)于接地方式需遵守如下要求：

①機(jī)柜絕緣要求：在機(jī)柜與槽鋼之間，應(yīng)敷設(shè)絕緣膠皮，且要求其厚度必須大于8mm；機(jī)柜需同槽鋼絕緣，絕緣電阻至少5MΩ；為避免通過(guò)固定螺栓使機(jī)柜與槽鋼導(dǎo)通，機(jī)柜固定螺栓需套絕緣套管。

②匯流銅排要求：通過(guò)接地電纜把該匯流銅排接入DCS專用接地網(wǎng)中，禁止經(jīng)過(guò)中間環(huán)節(jié)；所有進(jìn)入該匯流銅排的都必須是Ovation設(shè)備；全部Ovation設(shè)備的接地均接入該匯流銅排；由于操作員臺(tái)內(nèi)并非只有Ovation系統(tǒng)的上位機(jī)，因此要求操作員臺(tái)的接地必須直接接入集控室附近的電氣接地裝置，禁止接到Ovation系統(tǒng)的接地銅排。

③Ovation系統(tǒng)接地點(diǎn)要求：在Ovation系統(tǒng)的接地點(diǎn)周圍15m內(nèi)無(wú)防雷設(shè)備的接地；在Ovation系統(tǒng)的接地點(diǎn)周圍8m無(wú)30kW以上的高低壓用電設(shè)備的接地；在Ovation系統(tǒng)的接地點(diǎn)附近禁止有強(qiáng)電設(shè)備的接地；若無(wú)法滿足上述要求，應(yīng)利用避雷器等裝置使防雷保護(hù)地和公共接地網(wǎng)相連；確保電焊地和公共接地極及其接地網(wǎng)之間的距離至少在十米之上；盡量縮短O(píng)vation設(shè)備的接地電纜。

④DCS接地系統(tǒng)說(shuō)明：Ovation機(jī)柜至接地匯流銅排的接地電纜需接到機(jī)柜內(nèi)安裝板上的專用接地柱（CG）上；接地電阻應(yīng)不大于1Ω；；接地匯流銅排至全廠接地網(wǎng)的電纜需不小于截面積53.5mm2；Ovation設(shè)備至接地匯流銅排的電纜不小于截面積21.1mm2。

⑤對(duì)于I/O點(diǎn)的接地，總的原則是在DCS側(cè)接地；當(dāng)屏蔽電纜途徑接線盒分?jǐn)嗷蚝喜r(shí)，應(yīng)在接線盒內(nèi)將其兩端電纜的屏蔽層連接；當(dāng)信號(hào)源接地時(shí)，電纜屏蔽層在信號(hào)源側(cè)接地；當(dāng)信號(hào)源浮空時(shí)，電纜屏蔽層在DCS側(cè)接地，要求具體情況具體分析，有的放矢地進(jìn)行I/O點(diǎn)的接地，確保其真正發(fā)揮作用，保證整個(gè)控制的安全性不受影響。

4 DCS系統(tǒng)接地的目的

DCS接地有兩個(gè)目的：一是為了安全；二是為了抑制干擾。安全包括人身安全和系統(tǒng)設(shè)備安全。抑制干擾包括兩部分：一是提高系統(tǒng)本身的抗干擾能力；二是減小對(duì)外界的影響。DCS的某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。

5 DCS系統(tǒng)較易發(fā)生的接地問(wèn)題

根據(jù)多年來(lái)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和該廠在調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，現(xiàn)把常見(jiàn)故障及問(wèn)題原因歸納如下：①接地電阻過(guò)大，不符合廠家對(duì)接地的要求；②接地極電阻增大，接地極同電網(wǎng)斷開(kāi)；③地線布線不合理；④連接點(diǎn)因腐蝕引起接觸不良；⑤螺栓連接點(diǎn)因震動(dòng)而引起松動(dòng)；⑥連接頭未壓焊或者焊接不牢造成虛焊；⑦接地線斷線；⑧接地線與高電壓、大電流設(shè)備相接觸或安全距離不夠；⑨把保護(hù)接地與工作接地混接在一起，會(huì)使保護(hù)接地的干擾信號(hào)串入回路，威脅DCS的安全運(yùn)行；⑩屏蔽層兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地，造成干擾信號(hào)進(jìn)入回路，這對(duì)溫度測(cè)量回路的影響更為明顯；？輥？輯？訛從控制室各接地母線到各盤(pán)柜采用串接而不是放射型接線，容易導(dǎo)致接地系統(tǒng)中各器件接地點(diǎn)電位不同而引起相互干擾；？輥？輰？訛DCS電子間控制柜接地螺絲因機(jī)柜本體與底座間有膠皮形成絕緣，屏蔽地匯流排與底座間絕緣，因此要求施工單位必須按規(guī)定做好接地處理，I/O柜的電源地與UPS的電源地必須接至同一個(gè)等電位地；？輥？輱？訛操作員站、工程師站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、服務(wù)器主機(jī)、系統(tǒng)顯示器等采用外殼接地或直接將電源地線連接至電氣接地網(wǎng)，不允許接入DCS專用接地網(wǎng)；？輥？輲？訛?zāi)M量I/O模件的接地端即直流24V的負(fù)端接至邏輯地匯流排上，邏輯地匯流排接至屏蔽地，再接入總接地匯流排；？輥？輳？訛鍋爐側(cè)金屬壁溫和汽機(jī)側(cè)氣缸壁溫及發(fā)電機(jī)線圈溫度測(cè)量用智能前端，布置在就地，通過(guò)雙網(wǎng)相互冗余的2根普通屏蔽雙絞線連接至通訊轉(zhuǎn)換口，再通過(guò)通訊協(xié)議上傳至DCS。該廠在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)通過(guò)智能前端上傳的溫度多次顯示與實(shí)際溫度誤差大，更為甚者出現(xiàn)溫度長(zhǎng)時(shí)間不刷新，即死機(jī)；#1機(jī)組鍋爐側(cè)壁溫100多個(gè)還出現(xiàn)溫度為零的現(xiàn)象。我們通過(guò)兩天對(duì)整個(gè)回路的排查，做試驗(yàn)，最終在就地智能前端最末端一塊上加裝一個(gè)5？贅的終端電阻，并把通訊電纜DCS側(cè)接地?cái)嚅_(kāi)，改為在就地智能前端處接地，處理完后至目前一年的運(yùn)行來(lái)看，溫度顯示正常，死機(jī)現(xiàn)象也不復(fù)存在。

接地系統(tǒng)不當(dāng)或接地系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可造成下列危害：人員的觸電傷害；設(shè)備故障（數(shù)據(jù)誤差過(guò)大、設(shè)備死機(jī)、設(shè)備誤動(dòng)作）；設(shè)備著火或損壞。根據(jù)電廠有關(guān)資料和全國(guó)電廠運(yùn)行情況分析，某些電廠DCS系統(tǒng)常常不明原因地死機(jī)，大多是因?yàn)榻拥夭涣蓟蚪拥卮嬖诟鞣N各樣問(wèn)題所引起的。因此，通過(guò)系統(tǒng)詳細(xì)地對(duì)DCS接地的分析，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工提供參考依據(jù)和方法，盡可能地減小因接地問(wèn)題引起對(duì)DCS的干擾，保證DCS系統(tǒng)能安全穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]艾默生公司OVATION系統(tǒng)《分散控制系統(tǒng)的接地要求》.

[2]DL_T_659-2006，火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程[S].

[3]DL-T5175-2003，火力發(fā)電廠熱工控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].