發(fā)電廠DCS系統(tǒng)接地技術探究

謝超鋒　劉曉甫

摘??要：DCS接地系統(tǒng)能夠為DCS控制系統(tǒng)消除電子噪聲干擾，提供屏蔽保障，并為整個控制系統(tǒng)提供公共信號參考點，能承受過載電流并可以迅速將過載電流導入大地，是確保DCS?系統(tǒng)能夠安全、可靠、穩(wěn)定運行的關鍵。本文針對DCS系統(tǒng)接地技術從分類、接地方式、接地網安裝技術要求以及接地電阻不達標時的技術處理要求和系統(tǒng)的抗干擾測試方法等進行了較為系統(tǒng)的概括和研究。

關鍵詞：DCS???接地體???屏蔽??干擾

中圖分類號：?TM645 ?????????文獻標識碼：A

前言

DCS接地系統(tǒng)能夠為控制系統(tǒng)提供屏蔽保障，消除電子噪聲干擾，并為整個控制系統(tǒng)提供公共信號參考點。當進入DCS系統(tǒng)的信號、供電電源或DCS系統(tǒng)設備本身出現問題時，能承受過載電流并可以迅速將過載電流導入大地，因此，完善、可靠的接地系統(tǒng)，是確保DCS控制系統(tǒng)能否安全、穩(wěn)定運行的關鍵。1.DCS控制系統(tǒng)接地的分類（1）?保護地：?是為了防止設備外殼的靜電荷積累、避免造成人身傷害而采取的保護措施。DCS系統(tǒng)所有的操作員機柜、現場控制站機柜、打印機、端子柜等均應接保護地。保護地應接至廠區(qū)電氣專業(yè)接地網，接地電阻應小于4Ω。（2）?邏輯地：也叫機器邏輯地、主機電源地，是計算機內部的邏輯電平負端公共地，也是+5V等的電源輸出地。如CPU的正負5伏、正負12伏的負端，需要接入公共接地極。（3）?屏蔽地：?也叫模擬地，它可以把現場信號傳輸時所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號精度。DCS系統(tǒng)中信號電纜的屏蔽層應做屏蔽接地。

2.DCS控制系統(tǒng)接地方式

（1）利用電氣接地網作為DCS接地網，即與電氣接地網共地。?（2）?設置DCS系統(tǒng)專用獨立的接地網。（3）?設置DCS專用接地網，經接地線、再接至電氣接地網。第三種接地方式與第二種接地方式有較多相同處。過去，DCS系統(tǒng)曾經較多的采用專用接地網。但這種接地方式存在：占地面積太大，投資高，電纜及接地網鋼材耗量大，距廠房距離遠（因不易在廠房內找到合適的位置），管理、維護、測量及查找接地極和接地線不方便，且效果不甚良好的缺點。根據實際運行表明，設置專用的DCS接地網既困難又不安全的，目前多數電廠DCS系統(tǒng)改用電氣接地網接地，取得了良好的效果。

3、電氣接地網的安裝要求

電氣接地網的接地極通常采用金屬接地極和接地模塊兩種安裝方式，一般采用金屬接地極，具體要求如下：

（1）金屬接地極采用鍍鋅角鋼、鍍鋅鋼管、銅棒或銅排等金屬材料，按照設計技術要求，現場加工制作而成。

（2）圓鋼、角鋼、鋼管、銅棒、銅排等接地極應垂直埋入地下，間距不應小于5m。接地裝置頂面埋設深度不應小于0.6m，且應在凍土層以下。

（3）接地線溝的中心線距離建筑物基礎距離不小于2m。

（4）人工接地體與建筑物的外墻或基礎之間的水平距離不宜小于1m。

4.對接地極電阻達不到設計要求的處理

當接地極電阻不能達到設計要求時，可以采用降阻劑、換土和接地模塊等方法來降低接地電阻值。

采用降阻劑的技術要求：

降阻劑應為同一品牌的產品，調制降阻劑的水應無污染和雜物。

開挖溝槽或鉆孔垂直埋管，再將溝槽清理干凈，檢查接地體埋入位置后，再灌注降阻劑。

降阻劑應均勻灌注于垂直接地體周圍，接地裝置應被降阻劑包裹。

采取換土降低接地電阻的技術要求：

掌握有關的地質結構資料和地下土壤電阻率的分布，并做好記錄。

開挖溝槽，并將溝槽清理干凈，再在溝槽底部鋪設經確認合格的低電阻率土壤，經檢查鋪設厚度達到設計要求后，再安裝接地裝置;接地裝置連接完好，并完成防腐處理后，再覆蓋上一層低電阻率土壤;接地裝置應被低電阻率土壤包裹。

采用接地模塊的技術要求：

采用接地模塊降低接地電阻的施工，應先根據設計位置開挖模塊坑，并將接地干線引到模塊上，經檢查確認后，再互相焊接。

接地模塊的頂面埋深不應小于0.6m，接地模塊間距不應小于模塊長度的3-5倍。接地模塊埋設基坑宜為模塊外形尺寸的1.2-1.4倍，接地模塊應垂直或水平就位，并應與原土層接觸良好。

接地模塊應集中引線，并應采用干線將接地模塊并聯焊接成一個環(huán)路，干線材質應與模塊焊接點的材質相同，鋼制的采用熱浸鍍鋅材料的引出線不應少于兩處。

5.對公共接地網的要求（1）?當廠區(qū)電氣接地網對地分布電阻≤4Ω時，可將廠區(qū)電氣接地網當作DCS系統(tǒng)的公共接地極（網）。（2）?當廠區(qū)電氣接地網接地電阻較大或雜亂時，應獨立設置接地系統(tǒng)，即為DCS系統(tǒng)的公共接地極（網）。（3）接地極周圍15米內無避雷地的接入點，8米內無?30KW?以上的高低壓用電設備外殼的接入點。當現場無法滿足該條件時，防雷保護地通過避雷器/沖擊波抑制器與公共接地極的主干線相連。

（4）電焊地切勿與公共接地極及其接地網搭接在一起，二者應距離10m以上。

6.對儀控系統(tǒng)接地的通用要求

（1）供電電壓高于36V的現場儀表的外殼，儀表盤、柜、箱、支架、底座等正常不帶電的金屬部分，均應做保護接地。

（2）儀表及控制系統(tǒng)應做工作接地，工作接地應包括回路接地和屏蔽接地，以及特殊要求的本質安全電路接地，接地系統(tǒng)的連接方式和接地電阻值應符合設計文件規(guī)定。

（3）各儀表回路應只有一個信號回路接地點。信號回路的接地點應在顯示儀表側，當采用接地型熱電偶和檢測元件已接地的儀表時，在顯示儀表側不應再重復接地。

（4）鎧裝電纜的鎧裝兩端應進行保護接地。

（5）在中間接線箱內，主電纜分屏蔽層應用端子將對應的二次電纜屏蔽層進行連接，不同屏蔽層應分別連接并應絕緣。

（6）儀表盤、柜、箱內各回路的各類接地，應分別由各自的接地支線引至接地匯流排或接地端子板，由接地匯流排或接地端子板引出接地干線，再與接地總干線和接地極相連。各接地支線、匯流排或端子板之間在非連接處應相互絕緣。

（7）儀表及控制系統(tǒng)的工作接地、保護接地應共用接地裝置。

（8）儀表保護接地系統(tǒng)應接到電氣工程低壓電氣設備的保護接地網上，連接應牢固可靠，不應串聯接地。

（9）接地系統(tǒng)的連線應采用銅芯絕緣電線或電纜，并應采用鍍鋅螺栓緊固。儀表盤、柜、箱內的接地匯流排應采用銅材，并應采用絕緣支架固定。接地總干線與接地體之間應采用焊接。

（10）當控制室、機柜室、電子間內的接地干線采用扁鋼時，應進行絕緣，并應絕緣到接地裝置連接點。

7.對控制系統(tǒng)盤、臺、柜的接地要求

（1）DCS系統(tǒng)的接地有三部分：系統(tǒng)電源地、信號屏蔽地、機柜安全地，在DCS機柜內安裝有三塊接地銅排，分別與三個地對應。三根銅排在DCS系統(tǒng)內相互絕緣。每根銅排要求各自獨立連接到電氣全廠接地網上，中間無其他系統(tǒng)的地線接入，具體要求為：

1）單獨接地，不與其他系統(tǒng)共用接地點或接地線。

2）接地點到防雷接地或高壓電氣設備接地點的距離需大于10m。

3）每個系統(tǒng)的系統(tǒng)電源地、信號屏蔽地、機柜安全地分別匯總接至電源柜三根銅排上，分別引至總接地點，走線盡量短而直，總接地電阻小于3歐姆。

4）DCS機柜要求浮空，底座與機柜間鋪設絕緣材料，盤柜與底座連接螺栓應帶絕緣墊片。

5）DCS遠程控制站和智能采集前端就近接入電氣全廠接地網。

8.DCS系統(tǒng)抗干擾能力測試

（1）電纜檢查

檢查引入DCS系統(tǒng)的電纜選型和敷設情況，模擬量信號必須采用屏蔽電纜，電纜敷設應符合分層、屏蔽、防火和接地等有關規(guī)定。

分層：必須保證電力動力電纜、控制電纜和信號電纜從上至下分層敷設。

屏蔽：進入DCS系統(tǒng)的電纜必須使用計算機電纜，且應符合如下規(guī)定：

不同類別的信號回路不得通過同一根電纜;對絞線的絞距要小于100mm;電纜屏蔽層的形式宜采用銅帶屏蔽或鋁箔屏蔽;信號電纜線芯截面積應大于0.75mm2或線徑大于1mm。

接地：控制系統(tǒng)接地網，若無制造廠特殊規(guī)定，其接地電阻應不大于2Ω。

現場引入電壓的測試

1）用變壓器做干擾源，從現場電流、熱電偶、熱電阻信號回路中引入共模干擾電壓和差模干擾電壓，在控制站I/O輸入端子處測量實際共模和差模干擾電壓值。

2）若現場引入干擾電壓的測試條件無法滿足時，也可在模擬量信號精確度測試時，在輸入端子處測量從現場引入的共模和差模干擾電壓值。

3）實際共模干擾電壓值應小于輸入卡件抗共模電壓能力的60%。

抗射頻干擾能力測試

用頻率為250～500Hz、功率為5W的對講機作為干擾源，距離敞開柜門的機柜1.5m觸發(fā)信號進行測試，計算機系統(tǒng)應能正常工作，記錄測量信號的示值變化范圍應不大于測量系統(tǒng)允許綜合誤差的2倍。

參考文獻：

《火電建設工程施工工藝示范手冊（電氣及儀控）》. 電建論壇，2005;

《工業(yè)機電工程安裝技術》. 中國建筑工業(yè)出版社， 2019;

《電廠熱工測量裝置及控制系統(tǒng)試驗技術》.趙艷平，中國電力出版社，2008;