DCS系統(tǒng)信號(hào)干擾及防范措施

摘 要：目前電力工業(yè)生產(chǎn)中分散控制系統(tǒng)（DCS）的穩(wěn)定對(duì)電廠(chǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到舉足輕重的作用，DCS的控制功能涵蓋了電廠(chǎng)的模擬量控制系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)、外圍的輔控系統(tǒng)等等。

關(guān)鍵詞：DCS；抗干擾；措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.119

0 前言

由DCS系統(tǒng)重要保護(hù)信號(hào)受干擾造成機(jī)組非停和引風(fēng)機(jī)跳閘兩期事件為基礎(chǔ)，介紹了DCS系統(tǒng)信號(hào)干擾信號(hào)產(chǎn)生的原因，提出了機(jī)組防范干擾信號(hào)的措施，為相似工程提供了借鑒。

1 DCS系統(tǒng)信號(hào)干擾引起機(jī)組非停

某廠(chǎng)一次機(jī)組非停，跳閘首出為“給水壓力低低”，查看機(jī)組運(yùn)行參數(shù)發(fā)現(xiàn)在非停事故前2s內(nèi)機(jī)組重要參數(shù)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)的現(xiàn)象，可見(jiàn)機(jī)組各參數(shù)受到較強(qiáng)干擾。

由于以上波動(dòng)的信號(hào)分布在不同機(jī)柜和不同卡件上，對(duì)DCS 進(jìn)行了檢查。由于大范圍的信號(hào)波動(dòng)來(lái)自不同的機(jī)柜和模件處，檢修人員首先對(duì)機(jī)組DCS系統(tǒng)進(jìn)行了全面檢查。分別排查了模件通道，DCS系統(tǒng)機(jī)柜接地，接地引線(xiàn)和地網(wǎng)的電阻值，DCS系統(tǒng)內(nèi)部24V直流電源等等，均為發(fā)現(xiàn)異常。由于大幅度波動(dòng)信號(hào)主要集中在給水流量和給水壓力出，現(xiàn)場(chǎng)排查了各測(cè)點(diǎn)的變送器，信號(hào)電纜絕緣、接地均無(wú)異常。用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器在現(xiàn)場(chǎng)加信號(hào)傳輸?shù)紻CS處，發(fā)現(xiàn)DCS顯示依然存在波動(dòng)，可判斷信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到強(qiáng)干擾?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)在DCS信號(hào)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)的時(shí)段，鍋爐側(cè)檢修人員在進(jìn)行電焊作業(yè)，且電焊用工作電源來(lái)自檢修380V電源，因此初步判斷電焊機(jī)在工作時(shí)電源干擾，且電源干擾以電磁波的方式串入到DCS信號(hào)的測(cè)量回路中。為驗(yàn)證判斷的正確性，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，做好充足的安全措施后，電焊機(jī)開(kāi)始作業(yè)時(shí)，用示波器對(duì)電源信號(hào)進(jìn)行記錄，電焊機(jī)開(kāi)始作業(yè)，DCS測(cè)量信號(hào)又出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，且示波器檢測(cè)到有高頻諧波分量。斷開(kāi)電焊機(jī)檢修電源后，DCS測(cè)量信號(hào)恢復(fù)正常。由此判斷電焊機(jī)工作對(duì)檢修段母線(xiàn)電源造成了諧波干擾。

2 風(fēng)機(jī)軸承溫度信號(hào)受干擾引起風(fēng)機(jī)跳閘

某電廠(chǎng)調(diào)試期間，兩側(cè)引風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，期間引風(fēng)機(jī)B在無(wú)任何征兆的情況下突然跳閘。查看歷史追憶，跳閘首出為引風(fēng)機(jī)軸承溫度高，且歷史曲線(xiàn)顯示三個(gè)軸承溫度同時(shí)大幅度跳變，達(dá)到保護(hù)定值。由于該保護(hù)邏輯為模擬量判斷后三取二，并非單點(diǎn)保護(hù)，因此邏輯中未設(shè)計(jì)速率變化保護(hù)。因此三個(gè)溫度點(diǎn)同時(shí)跳變，達(dá)到跳閘值，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)B停運(yùn)。

由歷史曲線(xiàn)可看到三個(gè)軸承溫度同時(shí)出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，但根據(jù)設(shè)備正常運(yùn)行工況分析引風(fēng)機(jī)軸承溫度出現(xiàn)大幅度波動(dòng)的可能性不大，基本判斷三個(gè)溫度點(diǎn)收到干擾。進(jìn)一步排查三個(gè)溫度點(diǎn)的信號(hào)電纜，發(fā)現(xiàn)三個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)信號(hào)由現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)紻CS柜的電纜用同一根16芯電纜，該信號(hào)電纜在DCS側(cè)屏蔽線(xiàn)浮空，在現(xiàn)場(chǎng)端子排處屏蔽線(xiàn)已接地，以此避免了兩端接地造成共模干擾的可能性。為進(jìn)一步查找原因，排除干擾源，在做好相關(guān)保護(hù)措施后，檢修人員用對(duì)講機(jī)在DCS模件處和現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)端子排出模擬射頻干擾源，均未發(fā)生溫度點(diǎn)大幅度波動(dòng)。

對(duì)三個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行拆線(xiàn)檢查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)端子盒處的屏蔽線(xiàn)有毛刺穿透到金屬電纜套管，檢修人員對(duì)電纜屏蔽層進(jìn)行處理，將屏蔽線(xiàn)接地移至DCS側(cè)，解除現(xiàn)場(chǎng)側(cè)屏蔽層接地。處理后恢復(fù)溫度高高跳風(fēng)機(jī)保護(hù)，運(yùn)行多日，三個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)均顯示正常，未發(fā)生溫度點(diǎn)大幅度波動(dòng)的現(xiàn)象。

3 信號(hào)干擾產(chǎn)生的原因

對(duì)于DCS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，干擾信號(hào)的來(lái)源主要是電氣設(shè)備、通訊網(wǎng)絡(luò)、雷電等引起的輻射干擾和接地、電源線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)引起的系統(tǒng)引線(xiàn)干擾。這些與DCS信號(hào)無(wú)關(guān)的信號(hào)疊加或串入到DCS信號(hào)后，會(huì)對(duì)DCS采集的信號(hào)產(chǎn)生較強(qiáng)干擾，DCS信號(hào)會(huì)出現(xiàn)大幅度波動(dòng)。由于DCS系統(tǒng)采集的信號(hào)大多為微弱的電信號(hào)，并且還需要經(jīng)過(guò)從現(xiàn)場(chǎng)到控制系統(tǒng)的長(zhǎng)距離傳輸，因此現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的諸如高壓電氣設(shè)備產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場(chǎng)及電磁波輻射，馬達(dá)設(shè)備產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)都會(huì)以不同途徑和方式串入到DCS系統(tǒng)中。

4 提高DCS 抗干擾能力

4.1 做好干擾信號(hào)隔離措施

一般DCS系統(tǒng)采集的模擬量信號(hào)必須使用帶屏蔽的雙絞線(xiàn)，以提高抗高頻脈沖信號(hào)的干擾能力，且模擬量信號(hào)電纜不能與其他類(lèi)型的電纜在同一槽盒走線(xiàn)，應(yīng)單獨(dú)使用電纜槽盒和電纜套管。開(kāi)關(guān)量信號(hào)電纜最好也采用帶屏蔽的雙絞線(xiàn)，提高對(duì)低頻脈沖信號(hào)的抗干擾能力，且不可與動(dòng)力電纜及大負(fù)載信號(hào)線(xiàn)平行走線(xiàn)。由此可見(jiàn)在DCS信號(hào)電纜走線(xiàn)的過(guò)程中需將不同類(lèi)型的信號(hào)線(xiàn)隔離鋪設(shè)，特別是動(dòng)力電纜與信號(hào)電纜應(yīng)隔離在不同的槽盒。相似類(lèi)型的信號(hào)電纜若在同一槽盒，需用隔板將不同的電纜隔離。

4.2 DCS系統(tǒng)的可靠接地

在DCS系統(tǒng)中，接地是抑制噪聲和防止干擾的主要方法。接地的作用總的來(lái)說(shuō)只有兩種：一是保護(hù)人員和設(shè)備不受損害叫保護(hù)接地；二是抑制干擾叫屏蔽（工作）接地。接地的含義可以理解為一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面，它是電路或系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位，但不一定為大地電位。保護(hù)地線(xiàn)必須在大地電位上，信號(hào)地線(xiàn)依據(jù)設(shè)計(jì)要求可以是大地電位，也可以不是大地電位。

保護(hù)接地是將DCS中平時(shí)不帶電的金屬部分（機(jī)柜外殼，操作臺(tái)外殼等與地之間形成良好的導(dǎo)電連接，使機(jī)殼和地等電位，以保護(hù)設(shè)備和人身安全。屏蔽地把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳輸時(shí)所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號(hào)精度。DCS系統(tǒng)中信號(hào)電纜的屏蔽層應(yīng)做屏蔽接地。線(xiàn)纜屏蔽層必須一端接地，防止形成閉合回路干擾。

4.3 系統(tǒng)冗余配置

在實(shí)際的工程應(yīng)用中，DCS系統(tǒng)出了提高硬件設(shè)備的品質(zhì)，還從系統(tǒng)的配置方面進(jìn)行考慮。在DCS系統(tǒng)的使用過(guò)程中，系統(tǒng)及重要保護(hù)測(cè)點(diǎn)難免會(huì)出現(xiàn)一些故障，為使故障分散開(kāi)來(lái)，重要配置如DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、電源、控制器、通訊都采用了冗余配置，很大程度上提高了DCS系統(tǒng)的可靠性。

另外，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的重要保護(hù)測(cè)點(diǎn)如爐膛壓力、汽機(jī)轉(zhuǎn)速、汽包水位、給水流量、凝汽器真空、重要輔機(jī)的跳閘測(cè)點(diǎn)及相關(guān)邏輯應(yīng)采用三重冗余方式配置。對(duì)某些帶有保護(hù)的單點(diǎn)溫度測(cè)點(diǎn)，在邏輯中應(yīng)設(shè)置慢信號(hào)保護(hù)，防止干擾信號(hào)造成溫度測(cè)點(diǎn)的飛升。

參考文獻(xiàn)：

[1]周倩，魯學(xué)農(nóng)等.火電廠(chǎng)DCS 系統(tǒng)信號(hào)抗干擾研究及實(shí)例[J].中國(guó)電力，2012，30（04）：65-67.

作者簡(jiǎn)介：呂強(qiáng)，男，助理工程師，主要從事電廠(chǎng)自動(dòng)化及主機(jī)保護(hù)工作。