電氣及DCS系統(tǒng)接地安全問題探討

馮衛(wèi)江

（中鐵物資集團(tuán)港澳有限公司 四川成都 610053）

1 前言

我公司TRT及風(fēng)機(jī)在全國已有過百套的裝置，但是與之配套的DCS卻經(jīng)常性發(fā)生莫名的故障，許多原因是由DCS系統(tǒng)的接地引起的。隨著電力系統(tǒng)技術(shù)的快速發(fā)展和中國工業(yè)自動(dòng)化水平的提高，DCS系統(tǒng)已在國內(nèi)外電廠得到廣泛應(yīng)用。為保證電廠DCS系統(tǒng)的監(jiān)控精度和安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須認(rèn)真設(shè)計(jì)和考慮DCS系統(tǒng)接地方式，接地要求，信號屏蔽和接地極選擇。

2 DCS系統(tǒng)接地重要性

TRT余壓電壓發(fā)電裝置的DCS接地系統(tǒng)能否滿足設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的要求，主要取決于接地電阻的大小。DCS系統(tǒng)的接地主要有以下功能。第二，具有電阻要求的接地系統(tǒng)可以為DCS系統(tǒng)提供屏蔽信號，消除電子噪聲和其他信號的干擾，并為整個(gè)DCS控制系統(tǒng)提供參考零電位。如果DCS接地系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，有可能造成電廠設(shè)備損壞，后果嚴(yán)重的甚至對人體造成傷害。根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，電廠DCS系統(tǒng)中經(jīng)常存在設(shè)備崩潰和控制信號波動(dòng)，其中大部分是由接地系統(tǒng)的問題引起的。因此，完美，可靠，正確的接地系統(tǒng)滿足規(guī)范要求是DCS系統(tǒng)安全，可靠，穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

3 DCS系統(tǒng)接地分類

3.1 保護(hù)接地

（1）保護(hù)接地是為人身安全和電氣設(shè)備安全提供的接地。余壓發(fā)電電站（TRT）控制系統(tǒng)PLC柜，DCS控制臺(tái)，系統(tǒng)儀表柜，配電柜，繼電器柜等系統(tǒng)設(shè)備的金屬外殼，對于因各種原因可能導(dǎo)致漏電的部件，應(yīng)進(jìn)行保護(hù)接地。

（2）正常電壓低于36V的現(xiàn)場儀表可以在沒有保護(hù)接地的情況下使用。但如果儀器設(shè)備可能與高于36V的其他設(shè)備接觸，也應(yīng)保護(hù)并接地。

（3）如果儀器安裝在金屬儀表板，金屬柜或金屬框架上，與其他接觸柜的電氣接地接觸良好，不再單獨(dú)進(jìn)行保護(hù)接地。

3.2 工作接地

（1）自動(dòng)化儀表和DCS控制系統(tǒng)的工作地面包括：電氣儀表信號回路接地和信號屏蔽接地。

（2）DCS系統(tǒng)中用隔離柵隔離的信號不用接地。隔離柵隔離了需要將輸入或輸出信號與其他電輸入或輸出信號隔離的電路。電路絕緣并與地絕緣。

（3）未隔離信號通常接地并接地到直流電源的負(fù)極。其他信號的分配基于該參考點(diǎn)。

（4）儀器工作接地的原理是單點(diǎn)接地，以避免信號在循環(huán)中產(chǎn)生接地的回路。但是，如果在每個(gè)電路上遇到信號源和接收儀器，則不可避免地需要接地。

3.3 本安系統(tǒng)接地

（1）如果系統(tǒng)是輸入或者輸出信號隔離的，則系統(tǒng)不需要特殊接地。

（2）如果系統(tǒng)使用齊納屏障系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)接地。

（3）系統(tǒng)使用齊納屏障，不與儀器信號電路的地面分開。

3.4 防靜電接地

（1）安裝在DCS系統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)控制室內(nèi)，應(yīng)考慮防靜電接地?？刂剖液凸ぷ髋_(tái)的靜電導(dǎo)電接地應(yīng)采用防靜電接地。

（2）如果系統(tǒng)設(shè)備接地并連接到工作地，則不再需要防靜電接地。

3.5 防雷接地

（1）如果自控儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)的信號線從橋外進(jìn)入房間，則需要進(jìn)行防雷接地連接。

（2）自控儀表和控制系統(tǒng)的防雷接地應(yīng)與電氣專業(yè)防雷接地系統(tǒng)共用，但接地裝置不能與獨(dú)立安裝的防雷裝置共用。

4 DCS接地方式

（1）使用建筑物周圍的接地網(wǎng)作為DCS系統(tǒng)的接地網(wǎng)。

（2）為TRT發(fā)電裝置的DCS系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的及接地網(wǎng)。

（3）DCS控制系統(tǒng)設(shè)置專用接地網(wǎng)，通過連接線連接到建筑物外圍的電氣接地網(wǎng)。

第三種接地方法是在DCS控制系統(tǒng)中設(shè)置專用接地網(wǎng)絡(luò)，以接入建筑物電氣接地網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這與第二種接地方法一致。這種接地方法的主要缺點(diǎn)是：占地區(qū)域比較大，設(shè)置成本高，制作過程中使用的電纜及鋼材耗量大，而且距離控制室也有較長的距離，設(shè)備運(yùn)行后，接地極及接地網(wǎng)后期的維護(hù)和檢修不是很方便，使用效果也不是很好。根據(jù)近年來公司下屬TRT電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，控制室內(nèi)的專用DCS接地網(wǎng)耗時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，存在許多不安全因素，運(yùn)行不夠穩(wěn)定。廣西盛隆冶金有限公司曾設(shè)置專屬的接地網(wǎng)，由于該地區(qū)土壤多以巖石沙土成分居多，接地系統(tǒng)通過回填、加降解阻抗劑等方法阻值達(dá)標(biāo)，但是運(yùn)營一段時(shí)間后，阻值嚴(yán)重偏離。因此，TRT發(fā)電機(jī)組已反復(fù)跳閘數(shù)十次，并且沒有找到具體原因。取得了良好的效果，電氣故障跳閘次數(shù)大大減少。

5 公共接地極的要求

（1）當(dāng)工廠接地網(wǎng)的接地電阻≤4Ω時(shí)，廠區(qū)的電氣接地網(wǎng)可視為DCS系統(tǒng)的公共接地極（網(wǎng)）。

（2）當(dāng)工廠電氣接地網(wǎng)的接地電阻較大或無序時(shí)，應(yīng)獨(dú)立設(shè)置接地系統(tǒng)。

（4）接地極15m范圍內(nèi)無防雷接入點(diǎn)，8m內(nèi)高低壓電氣設(shè)備外殼無30kW以上接入點(diǎn)。當(dāng)現(xiàn)場不能滿足條件時(shí)，防雷接地通過避雷器/減震器連接到公共地線的主線。焊縫的接地不應(yīng)與公共接地電極及其接地網(wǎng)重疊。

6 DCS系統(tǒng)的接地原則

6.1 DCS系統(tǒng)設(shè)置的接地裝置

（1）操作臺(tái)、打印臺(tái)、服務(wù)器柜：設(shè)有保護(hù)地螺釘。

（2）繼電器柜、UPS柜、配電柜：設(shè)有保護(hù)地螺釘。

（3）DCS的I/O機(jī)柜：提供屏蔽接地母線和接地螺釘，系統(tǒng)地（+24V地）懸浮。

（4）儀表柜、手操盤臺(tái)：它有一個(gè)屏蔽接地母線和一個(gè)接地螺釘。

（5）安全柵柜：它有一個(gè)屏蔽接地母線，一個(gè)本安型接地母線和一個(gè)接地螺釘。

6.2 信號屏蔽及其接地

（1）根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)定，計(jì)算機(jī)或DCS系統(tǒng)信號電纜的屏蔽層不得浮動(dòng)，必須接地。

（2）DCS系統(tǒng)信號電纜的選擇和敷設(shè)應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)如上所述接地。為了提高DCS系統(tǒng)的抗干擾能力，更適合使用阻燃扭曲銅網(wǎng)屏蔽計(jì)算機(jī)電纜進(jìn)行DCS系統(tǒng)切換輸入/輸出信號。

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7 DCS系統(tǒng)的接地方法

集中布置的DCS設(shè)備接地方法。對于儀表接地的分類有這種分法：

圖1

保護(hù)地：防止靜電荷積聚在設(shè)備外殼中并避免人身傷害的防護(hù)措施；Y要求：控制站內(nèi)部通過導(dǎo)線連接到保護(hù)地，大于1.5mm2；然后使用較粗的電線大于10mm2作為機(jī)柜之間的保護(hù)接地線，將電臺(tái)相互連接。使用大于20mm2導(dǎo)線作為保護(hù)接地分支到保護(hù)接地青銅，最后用大于90mm2作為保護(hù)接地干線連接到整個(gè)接地系統(tǒng)，要求接地電阻小于4Ω；

屏蔽地：信號傳輸接收到的干擾被屏蔽，以提高信號質(zhì)量，電纜的屏蔽層應(yīng)屏蔽并接地；Hollysys的系統(tǒng)具有信號屏蔽和DP卡通信線路的接地。然后使用大于1.5mm2電線將分流器排連接到機(jī)柜中的母線，然后將其連接到大于20mm2電線的屏蔽接地青銅條。最后，大于90mm2的導(dǎo)體用作保護(hù)接地導(dǎo)體和接地連接。屏蔽地電阻要求小于4Ω；

系統(tǒng)地：系統(tǒng)主體包括24VDC的I/O設(shè)備，或5VDC工作電源地；每個(gè)系統(tǒng)都不同，有些可能沒有接地，例如模塊需要接地。大于1.5mm2線可以將模塊的24VDC電源負(fù)端連接到機(jī)柜外殼。

8 公司機(jī)組因接地系統(tǒng)故障常見問題分析及應(yīng)對

8.1 問題描述

我公司自動(dòng)控制系統(tǒng)的接地一般采用保護(hù)接地，防靜電接地和防雷接地共用接地系統(tǒng)。接地網(wǎng)接地樁采用50×50×5鍍鋅角鋼作為接地樁，間距不小于5m。距建筑物的距離不小于3m，接地電阻要求不大于1Ω。實(shí)際施工過程中，每個(gè)機(jī)組現(xiàn)場因?yàn)榈刭|(zhì)條件的不同，按照圖紙施工后阻值達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)現(xiàn)場收集主要出現(xiàn)了一下問題：

（1）儀表顯示異常：如熱電阻、軸系振動(dòng)值、位移值有脈沖跳動(dòng)的現(xiàn)象，有時(shí)超出了機(jī)組的跳機(jī)保護(hù)值。

（2）防喘振閥有自動(dòng)打開的現(xiàn)象。

（3）AB閥及靜葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不穩(wěn)定，設(shè)定值不穩(wěn)定跳動(dòng)，引起高爐頂壓不穩(wěn)定。

（4）高爐頂壓的設(shè)定值似乎在反彈。

（5）機(jī)組因信號干擾，真空開關(guān)誤動(dòng)作，引起解列。

8.2 解決問題

如果接地電阻很大，當(dāng)產(chǎn)生系統(tǒng)接地故障或其他高電流時(shí)，接地電位可能會(huì)異常上升。接地系統(tǒng)的電位分布不均勻，局部電位超過規(guī)定的安全值，可能導(dǎo)致監(jiān)測或控制設(shè)備發(fā)生故障或拒絕。嚴(yán)重?fù)p壞監(jiān)控設(shè)備，擴(kuò)大事故，造成經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。接地電阻對接地網(wǎng)的安全起著重要作用。如果在生產(chǎn)過程中遇到這個(gè)問題，應(yīng)采取各種輔助減阻措施，降低接地電阻，使接地網(wǎng)能夠滿足安全運(yùn)行的要求，保證機(jī)組和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。主要措施如下：

（1）根據(jù)地質(zhì)資料，找出與設(shè)計(jì)手冊對應(yīng)的土壤電阻率，并根據(jù)電阻率提出不同的解決方案。

（2）某些接地裝置在施工開始時(shí)是合格的，但經(jīng)過一段時(shí)間的操作后，接地電阻會(huì)變大。除了上述建筑物留下的隱患之外，以下問題也值得注意。①由于接地體的腐蝕，接地體與周圍土壤之間的接觸電阻變大，特別是在山區(qū)的酸性土壤中。接地體的腐蝕非?？?，這將導(dǎo)致一些接地體離開接地裝置。②接地引下線和接地裝置之間的連接，由于腐蝕導(dǎo)致大的電阻或開路；接地引下線和接地極因外力損壞而損壞。

（3）當(dāng)主接地網(wǎng)的接地電阻不符合要求時(shí)，通常需要采取措施降低電阻。目前，常用的減阻措施包括外接地，手動(dòng)減阻，深井接地，電解接地和爆破接地。各種減阻措施的分析如下。

（4）除上述方法外，增加接地網(wǎng)的埋深，采用爆破接地技術(shù)，自然接地體，擴(kuò)大接地面積，并使用兩個(gè)水平接地網(wǎng)。也都有一定的可行性。根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的條件，您可以選擇適當(dāng)?shù)臏p阻措施。各種方法不是孤立的，可以一起工作以獲得更好的實(shí)際效果。

9 結(jié)束語

必須高度重視接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造。高土壤電阻率系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)該地區(qū)的地質(zhì)和環(huán)境條件采取適當(dāng)，經(jīng)濟(jì)，合理，安全，可靠的輔助措施。因地制宜，綜合治理來降低接地電阻。