劉一帥

（ 中國華電集團哈爾濱發(fā)電公司黑龍江哈爾濱 150040）

0 引言

現(xiàn)代大型發(fā)電機組分散控制系統(tǒng)(DCS)已是一種標(biāo)準(zhǔn)模式，是監(jiān)控控制機組起停和運行的中樞系統(tǒng)，其安全可靠與否對于保證機組的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要，隨著計算機技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的飛速發(fā)展，DCS對機組監(jiān)控覆蓋面日趨完善，其滲透深度也在加大，已不僅僅局限在熱工監(jiān)視控制及大聯(lián)鎖等，發(fā)電機變壓器，廠用電系統(tǒng)，勵磁系統(tǒng)，汽輪機電液控制系統(tǒng)(DEH)也逐步納入到DCS控制系統(tǒng)中來，機組的安全穩(wěn)定越來越依賴于DCS系統(tǒng)，而DCS系統(tǒng)抵御事故的能力，抗干擾的能力及系統(tǒng)的接地系統(tǒng)的設(shè)計就顯得很重要。下面就DCS系統(tǒng)的接地問題和抗干擾問提進行探討。

1 DCS系統(tǒng)的接地問題

DCS系統(tǒng)的正確接地十分重要，因為他能提供一個供電返回通道，從而使系統(tǒng)中的信號有一個公共參考點。它保證了系統(tǒng)中的模擬量測量電路有一個穩(wěn)定的參考點，使外部干擾對系統(tǒng)的作用最小。由于提供了一個返回通道，使得從外部信號進入系統(tǒng)的交流噪聲的影響變?yōu)樽钚?。總之DCS系統(tǒng)的接地系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)這樣建立，供電返回一部分。模擬信號參考一部分，機柜和外殼為另一部分，這三部分應(yīng)當(dāng)互相隔離，但要在一點上連接起來，以保證系統(tǒng)各個部分有一個公共的電位，理想情況下，如果有某類電干擾，系統(tǒng)各部分仍將在同一個相對電位點上，從而使系統(tǒng)在干擾期和干擾后能正常進行。

1.1 參考地

參考地定義為大地地，由接地排或接地網(wǎng)形成，參考地的目的是為了系統(tǒng)測量電路提供一個公共參考點。DCS系統(tǒng)的公共點至接地網(wǎng)(或接地排)之間的電阻規(guī)定小于或等于1MΩ，DCS系統(tǒng)接地點宜接在電氣接地網(wǎng)上，當(dāng)DCS生產(chǎn)廠家要求DCS系統(tǒng)設(shè)專用接地網(wǎng)時，可設(shè)置DCS專用接地網(wǎng)，專用接地網(wǎng)與電氣接地網(wǎng)防雷接地網(wǎng)之間的距離應(yīng)大于10M，建筑鋼架或交流安全地不能用作參考地。

1.2 機柜接地

在機柜中有四種基本類型的接地。

(1)機柜地

機柜地在每個機柜中都有接地柱將各個機柜連接起來。最后再把這些機柜的公共接地點和參考地連接起來。這些環(huán)路屏蔽和暫態(tài)抑制返回通道的作用，應(yīng)該注意的是導(dǎo)線管鎧裝電纜和電纜支架應(yīng)和機柜金屬構(gòu)件以及信號公共點和電源地絕緣，應(yīng)提供一個和建筑鋼架單獨的連接，以消除金屬構(gòu)件中的環(huán)流。

(2)安全地

安全接地也稱為保護接地，用于所有需要交流電源的硬件單元。交流電源接線中的保護地引線和電源電源底板的端子相接，然后可通過電源安裝螺釘和機柜地相接，當(dāng)發(fā)生短路時這個地可以保證操作員的安全，而不是為了暫態(tài)抑制。

(3)電源地

電源地是直流電源的返回通路，它是給定機柜中所有安裝設(shè)備的電源的公共部分。

(4)信號公共地

信號公共地亦稱為邏輯地，是機柜中模擬測量信號的參考點，可以抑制來自信號和供電系統(tǒng)的噪聲干擾，信號公共地和電源地的總線匯流排要絕緣。

總之，機柜中的四種類型接地都應(yīng)有一自己的公共接地點，且相互間應(yīng)該絕緣，然后他們在分別接至系統(tǒng)的參考地。

1.3 DCS系統(tǒng)信號線的屏蔽層接地點選擇符合下列要求

①信號源在測點現(xiàn)場的測點，屏蔽線的屏蔽層在現(xiàn)場接地。

②信號源在測點現(xiàn)場不接地的測點，屏蔽線的屏蔽層DCS側(cè)接地。

③當(dāng)模擬儀表和計算機(DCS)供用傳感器時，去模擬儀表的信號電纜選用和去計算機(DCS)的信號電纜相同的屏蔽電纜時，屏蔽層和去計算機(DCS)屏蔽電纜的屏蔽層接在一起后，按上述(1)(2)的原則選擇接地點。

④計算機(DCS)各邏輯部分間接口電纜的屏蔽層接在一起后在主機柜處用絕緣的導(dǎo)線與地線匯集板牢固連接。

還有一種情況是計算機系統(tǒng)采用浮地方式運行，這就要求整個計算機系統(tǒng)在各種情況下對地絕緣狀態(tài)比較穩(wěn)定。但是浮地方式可能會對運行維護人員造成靜電電擊。

2 DCS系統(tǒng)接地安裝檢查

現(xiàn)在市場上有很多DCS廠家，對接地系統(tǒng)要求也有所不同。大多數(shù)DCS系統(tǒng)采用的是側(cè)屏單點接地的方案(可抗電場干擾，需要周期性的檢查接地回路)，有些DCS基于信號參考電勢的表面接地和多點接地原則，采用多點接地方案(電纜屏蔽兩側(cè)均接地，可提高電磁兼容性，不需要檢測接地故障，當(dāng)出現(xiàn)大電流用戶接地故障的情況下，屏蔽層可保證有足夠的通流能力。但要求在任何情況下電纜屏蔽層的兩端接地電勢差小于5V)。雖然隨著技術(shù)水平的發(fā)展，DCS對接地的要求也有所降低，但在無廠家明確說明的情況下，還是應(yīng)按常規(guī)接地系統(tǒng)的要求進行檢查:

(1)檢查控制系統(tǒng)應(yīng)使用專用地極，地極同廠區(qū)地網(wǎng)相連接，周圍(大于10M內(nèi))無避雷針地極和大型電力設(shè)備地極;所有從地極上的引線都應(yīng)是焊接的;地極的接地電阻應(yīng)小于5Ω;地極間的電阻應(yīng)小于1Ω。

(2)控制系統(tǒng)接地，一般有信號地(屏蔽層接地)和保護地(機柜地和電源地等)，也有的控制系統(tǒng)合并為一個地，相對應(yīng)的每個控制柜有信號地和保護地，而每個端子柜只有保護地。檢查確認各機柜的響應(yīng)接地線已可靠連接，并由兩根銅芯電纜分別引至總接地板。連接線的線質(zhì)、線徑、線色應(yīng)滿足規(guī)定要求。

(3)斷開機柜與信號地線和保護地線的連接，用歐姆表測量接地導(dǎo)線與機柜之間的電阻應(yīng)小于1(0.5)Ω，否則應(yīng)采用措施。斷開每個機柜接地線與外界的聯(lián)系，用萬用表檢查柜內(nèi)信號地和保護地相互間、與地間、與機柜間電阻，任意兩者之間應(yīng)大于2MΩ。如不滿足要求，應(yīng)按機柜接線圖查找原因。

(4)除非制造廠有明確的說明 ，否則同一信號回路或同一線路的模擬量信號線屏蔽層，均應(yīng)在控制系統(tǒng)端子排除接地，以保證一點接地。斷開信號屏蔽層的接地，用普通萬用表測量屏蔽層與地之間的電阻應(yīng)大于2MΩ。否則，說明有屏蔽線兩端接地，應(yīng)逐一斷開屏蔽線，找到與地短接的屏蔽線加以更正。一般開關(guān)量信號無需屏蔽接地，但必須保證控制系統(tǒng)輸入開關(guān)量是一個單獨的無源觸點，切不可與其他系統(tǒng)共用一個輸入觸點或串入高電壓，否則可能損壞模塊。

3 DCS系統(tǒng)的抗干擾措施

大型單元機組采用DCS系統(tǒng)，由于廣泛采用電子器件和微處理器，采用數(shù)字化傳輸?shù)?，易受電廠各種干擾源的干擾，又由于DCS系統(tǒng)監(jiān)視控制點多，分布范圍廣，傳輸距離相對較遠，所處環(huán)境惡劣，電廠中的高電壓和大電流產(chǎn)生的強電磁場，局部環(huán)境溫度的高梯度分布。諧波電源的存在，無線通信(對講機，移動電話)的廣泛使用，以及這些干擾的幅值時間的隨機性等等，另外，當(dāng)前現(xiàn)場信息傳輸仍以模擬量和開關(guān)量為主，盡管有時干擾很小，一旦進入裝置，輸入端，而所采取的抑制措施又不及時，經(jīng)裝置放大后，極易造成誤差，給電廠值班人員的判斷處理帶來困難，而對于數(shù)字量傳輸信息，由于強干擾的存在，又未能有效進行抑制則可能造成通信系統(tǒng)的破壞，使DCS系統(tǒng)不能正常工作，甚至造成不必要的損失。

下面是對于DCS系統(tǒng)的干擾信息的抑制措施:

要消除干擾信息最徹底的消除干擾源是最理想的但往往受到技術(shù)經(jīng)濟等因素的制約，因此現(xiàn)實的辦法是采取抑制措施，減低干擾幅度，保證裝置的靈敏度，精度和可靠性的要求，從而保證單元機組的長期穩(wěn)定運行。

3.1 輸入電路的抗干擾措施

DCS系統(tǒng)輸入信息的干擾形式是多種多樣的，處理起來比較麻煩，抑制這些干擾信息時應(yīng)根據(jù)其電路的功能信息類別可能的干擾形式，認真細致的查找，反復(fù)測試信息的輸入采用共模輸入較多，但由于信息取樣點的地電位差值或輸入?yún)?shù)對稱性欠佳等易是其轉(zhuǎn)化為差模干擾，采用減小取樣點與裝置輸入接口間電位差值或改善輸入電路元件的參數(shù)，保證優(yōu)良的對稱性，等措施均可減少共模電壓值，而采用差模輸入時，采用PC，PE電容即可濾掉干擾，或增加延時等修改軟件的辦法均可收到明顯的效果。

3.2 接地

DCS系統(tǒng)的接地系統(tǒng)和輸入電路中采樣點電位是常見而又比較重要復(fù)雜的問題，既接地問題，詳見上一節(jié)。

3.3 電源及諧波

為提高DCS系統(tǒng)的工作可靠性穩(wěn)定性，通常都采用不停電電源，UPS作為供電電源，UPS一般由整流逆變及旁路供電部分組成。當(dāng)采用整流逆變方式運行時，由交流側(cè)取得有功功率，可由整流逆變排除電網(wǎng)諧波的影響，然而在逆變?yōu)檎也ǖ倪^程中，逆變功率變壓器的結(jié)構(gòu)，參數(shù)分布，整形電容的電容量穩(wěn)定性以及這些元件間的分布電容，對諧波的形成和諧波的次數(shù)均有影響，而當(dāng)采用旁路運行時，除交流側(cè)電網(wǎng)存在有諧波影響外，旁路隔離變壓器的結(jié)構(gòu)。參數(shù)及負載飽和程度也會影響到諧波的產(chǎn)生，為了減小諧波必須在裝置交流電的輸入源側(cè)采用高質(zhì)量的隔離變壓器或增設(shè)濾波電容。

另外電源電纜和信號電纜在敷設(shè)時要遵循一定的原則。

(1)在同一根電纜中只能傳送同一類信號，變送器的信號和電源不得用同一根電纜傳送。

(2)低電平輸入信號通過強電磁場區(qū)段時信號電纜須穿入鋼制電纜管內(nèi)敷設(shè)，電纜管應(yīng)良好接地。

(3)低電平輸入信號應(yīng)選用屏蔽電纜。

(4)計算機信號電纜與動力電纜等多類電纜走同一電纜通道時，各類電纜應(yīng)分層敷設(shè)，各類電纜由下往上的排列順序是計算機信號電纜，一般控制電纜層，低壓動力電纜層，高壓動力電纜層。

(5)計算機信號電纜與動力電纜之間應(yīng)保持有最小的允許距離。

4 溫度和溫度場

在現(xiàn)場會經(jīng)常碰到溫度和溫度場干擾的問題，以熱輻射形式出現(xiàn)的溫度場干擾即可表現(xiàn)于輸入電路中，也可出現(xiàn)于整個裝置的空間，只要改善溫度場的梯度增強熱量的傳播，一般說來溫度場干擾是可以抑制的，DCS制造商對溫度濕度等都有明確規(guī)定，如果DCS機柜溫度過高，可能發(fā)生裝置功能紊亂，甚至造成保護誤動停機。

5 結(jié)語

上面就DCS系統(tǒng)的抗干擾和接地方式進行了初步探討，實踐證明，這兩方面的問提是DCS系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行的前提和基礎(chǔ)，只有這兩方面做好了，處理DCS缺陷才有可能有條不紊，有序可查，否則容易出現(xiàn)一些偶然發(fā)生和很難推理和理解的故障，容易把缺陷的處理導(dǎo)入誤區(qū)。

［1］朱北恒.火電廠熱工自動化系統(tǒng)試驗［M］.中國電力出版社，2007.

［2］王森.DCS系統(tǒng)信號干擾與接地［J］.科技創(chuàng)業(yè)，2010.9.

［3］丁仰春.關(guān)于DCS系統(tǒng)中干擾問題及探討［J］.工業(yè)控制計算機，2009.1.