300MW 火電機組分散控制系統(tǒng)抗干擾能力分析

嚴曉玲

（三門峽華陽發(fā)電有限責任公司，河南 三門峽 472100）

前言

根據(jù)有關(guān)規(guī)定，電氣設(shè)備得接地應(yīng)該接到公用的接地網(wǎng)上。而對于分散控制體系DCS 的接地，這個既可以接連所有設(shè)備的接地網(wǎng)，還要根據(jù)有關(guān)要求設(shè)立獨立地接地網(wǎng)。由于之前產(chǎn)生過太多不明原因的信號干擾情況，所以就要根據(jù)抗干擾原則，設(shè)計獨立地接地網(wǎng)，將DCS 的接地點從公共接地網(wǎng)中分隔開來。為了更好地提高分散控制系統(tǒng)的抗干擾能力，就要運用科學合理的防護手段，也為了工作的安全提供保障。

一、MACSV 的電源及接地

MSCSV 是以控制站為中間節(jié)點的組織架構(gòu)，每一個控制站都有一個控制的柜子和端子柜，所有的控制站的設(shè)置都有其相似性，根據(jù)傳統(tǒng)的方式，將變壓器鐵芯與零線和設(shè)備保護線共同使用一個接地點。由于分散控制系統(tǒng)的接地點要接到電壓比較高的接地網(wǎng)上去，和變壓器的鐵芯，外殼和零線相連接，所以這種方式，在遇到雷雨天氣或者頻繁接地的時候，就會因為沖擊電流過大，接地網(wǎng)的電位會受到很大幅度的波動，嚴重的還可能會使得二次體系的電位響應(yīng)波動。為了防止這個問題出現(xiàn)，最好的辦法就是對接地網(wǎng)進行完全分離，簡言之就是使得設(shè)施的外殼就近接地。DCS有一個安全的方式就是用TT 的接地方式使得兩個體系分離開來。

二、TN 方式時接地網(wǎng)沖擊對DCS 的影響

（一）接地網(wǎng)沖擊對模擬回路的影響

模擬輸入信號電纜大多數(shù)都是用的屏蔽電纜，這就得在電腦端接地。因為所有的信號線與屏蔽層之間存在分布電容，兩點接地的時候，會使得高頻干擾通過分布電容與信號線之間形成通路。

（二）接地網(wǎng)沖擊對開關(guān)量輸入通道的影響

開關(guān)量輸入信號這就包含了開關(guān)位置和設(shè)備的狀態(tài)，通常都是來自繼電器的輔助接點，并且還會使得光與電分離。對于DI 檢測電路，盡管接點是開路的，也會因為對地分布電容的出現(xiàn)，導(dǎo)致GI 點的高頻干擾需要在DI 回路中形成瞬間導(dǎo)通，出現(xiàn)信號出錯。DI 導(dǎo)線的回路很長的話，這個問題也會變得很嚴重。

（三）接地網(wǎng)沖擊對邏輯電路及網(wǎng)絡(luò)的影響

在MACSV 中，每一個DPU 中控制網(wǎng)中的小交換機用的都是二十四伏的電源，內(nèi)部的電源是浮地的，換言之就是小交換機的邏輯地勢懸空的。MACSV 的控制網(wǎng)會有掉線的現(xiàn)象，也就是脫網(wǎng)，脫網(wǎng)故障會直接導(dǎo)致接地網(wǎng)受到干擾。當邏輯電路與接地距離比較近的時候就會受到電容的影響，兩者之間的形成的通道會導(dǎo)致信號電壓波動的厲害。

三、電磁干擾的主要來源

干擾都是來源于干擾源的，在發(fā)電廠中干擾源又分為系統(tǒng)內(nèi)干擾源和系統(tǒng)外干擾源。系統(tǒng)內(nèi)干擾源指的是DCS 裝置里面的部件所引起的干擾，包括固定元件干擾和過渡元件干擾。而固定元件干擾指的是接觸面的電導(dǎo)率不一致而產(chǎn)生的干擾。過渡干擾是指電路在動態(tài)工作時產(chǎn)生的干擾。系統(tǒng)外干擾是指與DCS 硬件系統(tǒng)無關(guān)，由使用條件和環(huán)境因素所產(chǎn)生的干擾。電廠系統(tǒng)外干擾主要有以下幾個方面：

（一）從電源線傳導(dǎo)來的電磁干擾

火電廠中DCS 系統(tǒng)的供電一般都是由廠里直接供電的。通常情況下在廠用電母線上會有很強的動力設(shè)備，就比如說引風機和水泵的能夠。這些設(shè)備的功率都比較大，產(chǎn)生的電流也比較大，大電流輸出線周圍容易產(chǎn)生交變磁場，這些情況出現(xiàn)在DCS 電纜周圍會產(chǎn)生很大的干擾，而且設(shè)備的突然啟動和突然關(guān)閉都會使得用電廠電壓的波動，從而導(dǎo)致低頻干擾。

（二）從信號線、控制線傳導(dǎo)來的干擾

與DCS 控制系統(tǒng)連接的很多信號傳輸線，除了傳輸必要的信號之外，還會產(chǎn)生干擾信號。這個干擾一般分為兩種，一種是通過變送器供電電源或者公用儀表的電源串入干擾，另一種是信號線受空間磁場的輻射所引起的干擾。通過信號引入引起的干擾會導(dǎo)致發(fā)電廠信號工作發(fā)生異常和測量的精度大大降低，嚴重的時候還會引起電廠內(nèi)設(shè)備出現(xiàn)故障。對于隔離信號比較差的系統(tǒng)還會使得信號之間互相干擾，造成邏輯數(shù)據(jù)變化和出錯的可能。

（三）接地系統(tǒng)混亂時引起的干擾

電廠DCS 正確接地，不僅可以減少電磁干擾的影響，還能防范設(shè)備向外發(fā)出干擾信號。反之，錯誤地接地，會出現(xiàn)嚴重的干擾信號，導(dǎo)致DCS 系統(tǒng)無法正常的運轉(zhuǎn)。電廠的DCS 控制系統(tǒng)的接地由保護地和工作地組成。保護地是為了防止設(shè)備外殼的靜電積累導(dǎo)致人接觸到設(shè)備外層而發(fā)生事故，最常見的就是DCS機柜的金屬外殼接地。工作地就包含邏輯地，信號地，系統(tǒng)地和屏蔽地了。邏輯地是計算機內(nèi)部的邏輯電平負端公共地，也是電源輸出地。信號的通常由電廠現(xiàn)場變送器被DCS 提供的電源產(chǎn)生的信號，此時信號的也可以稱之為系統(tǒng)地。屏蔽地是為了避免電磁場對儀表和信號的干擾而采用的屏蔽網(wǎng)接地。

如果接地系統(tǒng)混亂就是導(dǎo)致各個接地點的電位分布不均，會使得接地點之間有電位差，進而產(chǎn)生環(huán)路電流，直接影響系統(tǒng)的正常工作。所以電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端都接地了，就會出現(xiàn)電位差，有電流流過屏蔽層時，大聲了異常狀況，就比如雷擊是，地線電流就會變大。系統(tǒng)地與其他接地處理混亂了，產(chǎn)生的地環(huán)流就會使得地線上產(chǎn)生不等位電流分布，直接影響著邏輯電路和模擬電路的正常工作。

四、DCS 的抗干擾設(shè)計

（一）TN 接地方式

TN 接地方式就是將變壓器鐵芯，外殼與零線及設(shè)備保護線共用一個接地點由于DOS 的接地點接到了接地網(wǎng)上，與變壓器的鐵芯，零線，還有外殼連在了一起，所以在遇到雷雨天氣的時候，會由于沖擊電流過大，導(dǎo)致接地網(wǎng)的電位波動頻繁。要想解決這種問題就需要將接地網(wǎng)徹底的隔離，讓電氣系統(tǒng)或者設(shè)備就近接地。DCS 使用的是TN 方式的時候，電氣一次體系有雷擊的情況出現(xiàn)時，就會對二次體系產(chǎn)生影響，情況糟糕的時候，還會影響其他的裝置。因此二次體系也該使用獨立的接地方式，最好就是使用TT 接地方式，在電源處使用隔離變壓器。二次體系的特有屬性就是不會直接受到雷擊，供電容量相對來說也比較小，不會存在很大的電流。關(guān)于DCS 獨立接地網(wǎng)，正常情況之下不會直接被雷擊中，而且二次系統(tǒng)的供電容量比較小，不會有大容量的接地電流，所以接地網(wǎng)可以不用太考慮沖擊電阻等的影響。主要還是要減小直流電阻，更好的保證接地效果。有的時候為了阻斷干擾傳播的通道，應(yīng)該設(shè)置專門的針對性措施。

（二）模擬回路的設(shè)計

使用的TT 接地方式，整個模擬信號回路需要使用嚴格的分離和屏蔽措施，要在電腦的側(cè)邊接地。通俗地講，就是二次回路電纜的屏蔽層和現(xiàn)場的絕緣體，在控制室內(nèi)要接在專用的接地網(wǎng)上。

（三）開關(guān)量回路設(shè)計

線路中的回路電纜必須使用屏蔽電纜，屏蔽層和直流工作電源需要接到DCS 獨立接地網(wǎng)上。為了更好地提升效果，需要取樣本在兩端的分壓，并且選用充電信號時間大于五米每秒的區(qū)域。

（四）輸出控制回路設(shè)計

輸出控制一般包含三個電源，分別是數(shù)字電路電源，出口繼電器電源和直流馬達電源。這三個電源必須分隔開來。直流馬達控制電流的負端接DCS 接地網(wǎng)。遇到馬達繞組擊穿時也不會產(chǎn)生回路電流，就不會發(fā)生事故了。

（五）電纜選型

為了使得DCS 體系的信號能夠更加穩(wěn)定可靠的傳遞，在進行設(shè)計電路的時候就要對電纜進行挑選。在選擇的時候盡量選擇銅導(dǎo)體作為控制電纜，還要使用阻燃電纜，為了防止火災(zāi)出現(xiàn)還能繼續(xù)工作，這時就需要選擇耐火電纜了。電纜電線的橫截面積要按照回路中的信號，進行降壓。也要通過儀表允許的最大電阻量來挑選電纜。一根電纜只能傳送相同的信號，交流供電的電源是不能使用同一根多芯電纜的。

五、DCS 獨立接地網(wǎng)的設(shè)計

（一）獨立接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

接地是抗干擾系統(tǒng)的一種技術(shù)，是DCS 體系能否安全運行的關(guān)鍵。如果接地系統(tǒng)能夠運行得非常好的話，就能夠防止受到其他因素的影響，使得系統(tǒng)更加的可靠。保護接地的作用是使得正常的儀表能夠在帶電通過的情況下更好地接地，也就是在線路短路的時候，將那些短路電流接到地里去。這種接地方式有的時候會干擾系統(tǒng)，但是為了工作人員的安全還是應(yīng)該使用的。屏蔽接電的作用是控制電容性耦合噪音，減少電磁波的干擾。

（二）接地電阻的測量

接地電阻測量也是有專門的測量儀器的，通常按照三線制的原理進行測量。用這個方法的時候，測量儀中心樁和小接地網(wǎng)之間的路程要達到五倍等小接地網(wǎng)的半徑。從測量的原理來看，這是要使用栓平衡電橋測量。也就是在中心樁和接地體和中心樁與遠樁之間的土壤電阻，也就是因為中心樁與這兩個地方的距離是相同的，所以兩地的電阻也相同，這就是等效替代的方法。

（三）設(shè)備的選型和隔離

首先要選擇抗干擾能力比較好的產(chǎn)品.尤其是外部抗干擾能力強和隔離性能好的DCS 系統(tǒng)，這就需要在進行DCS 挑選的時候提前了解每種DCS 的抗干擾指標，還有耐壓能力以及能承受多大的電場強度和高頻率的頻場強度。在電廠中為了使DCS 控制系統(tǒng)到各個設(shè)備的電纜用量盡可能地小，一般情況下要將DCS 硬件裝置安裝在主廠房之間的電子設(shè)備間，地面盡可能使用防靜電的地板，建筑物上用土建鋼筋作接地引下線，強電路和強電設(shè)備應(yīng)該遠離電子設(shè)備間，用來隔離電磁干擾。

（四）DCS 電源的隔離

DCS 是以大規(guī)模的集成電路為基礎(chǔ)的計算機設(shè)備，要把電源中可能出現(xiàn)的干擾盡可能消除，才能保證DCS 系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。電廠內(nèi)的大功率電器的啟停都會造成電源電壓波動。為了保證DCS 系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，要用交流電源穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，同時還要采用隔離變壓器。通常情況下沒有屏蔽的電源變壓器的初次級間的耦合電容比較大，通過這個電容傳遞的干擾也是比較大的，為了減少這個干擾就需要在電源變壓器的初次級之間設(shè)置屏蔽層

（五）線纜敷設(shè)

電廠中進入DCS 系統(tǒng)的電纜一般通過電子設(shè)備間正下方的電纜夾層引至DCS 機柜，電纜夾層內(nèi)根據(jù)工程電纜量的大小設(shè)置相應(yīng)層數(shù)的電纜橋架，由于電子設(shè)備間內(nèi)有DCS 機柜和大量的動力電纜。為了減少動力電纜對DCS 信號的干擾，通常要在電纜橋架上采用分層布置電纜。按照電壓等級由高到低的順序排列，由強電流到弱電流的控制和信號電纜的順序排列。如果受到其他條件的限制，必須在同一橋架上排列時，也要按照動力電纜，控制電纜和計算機電纜依次排列，并且三者之間要用金屬隔板隔離。防止他們之間產(chǎn)生電磁干擾，同時，還要將模擬信號和開關(guān)量信號分開來，減少不同類型信號間的干擾。

提升整個DCS 系統(tǒng)的抗干擾能力。

六、結(jié)語

各項設(shè)備的分散控制系統(tǒng)經(jīng)過獨立的地網(wǎng)改造以后，還是要進行各種實驗的，實驗中沒有發(fā)生信號波動異常的才可以。這樣才能說明DCS 設(shè)置獨立接地網(wǎng)是有效果的。為了提升二次體系的抗影響能力，可以對二次體系的電源和控制回路等分別進行一些相關(guān)的處理，使得二次體系能夠有一個獨立的，能夠全程屏蔽，不怕干擾的傳播路徑。