吳有偉

摘 要：通過分析電廠熱工信號常見的干擾來源，結(jié)合幾起信號干擾事件，提出了有效的抗干擾措施，以提高DCS系統(tǒng)的抗干擾能力，為電廠人員提高參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：DCS控制系統(tǒng);熱工信號;屏蔽;接地;抗干擾措施

一、前言

隨著自動化程度的不斷提高，分散控制系統(tǒng)（DCS）已廣泛應用于各電廠自動化控制，機組各種自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)被控制量以及各模擬量測量的準確性和穩(wěn)定性就顯得極為重要。DCS控制系統(tǒng)下的設備分布廣泛，使通訊信號容易受到外界因素的干擾，從而影響測點的穩(wěn)定可靠。

二、本廠DCS系統(tǒng)概述

本廠控制系統(tǒng)采用西門子的SPPA-T3000分散控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線采用PROFIBUS協(xié)議。以DCS控制系統(tǒng)為基本系統(tǒng)，嵌入現(xiàn)場總線網(wǎng)絡通信模件，形成現(xiàn)場總線的各級網(wǎng)絡，連接現(xiàn)場總線儀表、設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制和設備驅(qū)動。

DCS系統(tǒng)軟件里主要采取速率限制、三取中、三取平均值等方法避免測量的不準確性引起誤發(fā)機組保護，因此DCS信號的可靠、準確傳輸，是保障機組安全穩(wěn)定運行的必要條件。

三、干擾來源與抑制措施

3.1干擾來源分類

影響控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設備的干擾源一樣，大多產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。對DCS系統(tǒng)來說，干擾的主要來源有電力網(wǎng)絡、電氣設備、雷電引起的空間輻射干擾和系統(tǒng)電源線、信號線、接地等引起的系統(tǒng)外引線干擾。

3.1.1 電阻耦合干擾

在工作過程中，當多種信號線路一起進行信號傳輸時，由于電線上的絕緣材料老化漏電，對其他傳輸信號有所影響。除此之外，一些大功率電路在使用中如果發(fā)生線路老化，也會對信號產(chǎn)生較大的干擾。電纜老化，屏蔽材質(zhì)損壞，易被其他電磁干擾影響，造成測量的誤差。這種干擾在施工建設期間一般不會出現(xiàn)，往往是在機組運行相當長時候后出現(xiàn)的一種干擾形式。

3.1.2 電容電感耦合干擾

在DCS控制系統(tǒng)中，總有很多的信號線同時接入系統(tǒng)。其中這些信號線部分走電纜槽，部分走電纜管，結(jié)果造成同一個路徑，附近往往會有許多不同種類的電纜。信號之間存在分布電容，對其他信號線形成干擾，同時，在傳輸信號周圍環(huán)境產(chǎn)生交變磁通，例如動力線、電動機、發(fā)電機等都會產(chǎn)生這種磁場，造成較大的干擾。

3.1.3 雷擊干擾

當發(fā)生雷擊時，較大的電磁干擾可能形成在所需信號左右，雷擊干擾方式主要有兩種：一種是架空電源線，導致信號線遭遇雷擊造成干擾;另一種是信號電纜周圍遭遇雷擊，導致信號線上形成電容、電感耦合分布，從而形成較大干擾，嚴重時損壞設備，造成人身事故。

3.2 抑制干擾措施

DCS控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)與經(jīng)濟運行，其中系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。針對不同的對象和環(huán)境，應采取不同的抗干擾措施，儀表信號傳輸過程中常見的抗干擾措施有：隔離、屏蔽、對絞、抑制共模干擾的生產(chǎn)及正確接地等。

3.2.1 隔離

隔離包括信號線隔離、供電系統(tǒng)隔離。將傳遞不同信號的電纜隔離開來，采用分層鋪設的方法對電纜進行調(diào)控，以避免相互干擾。同時，不允許將信號線與交流電源線設在同一根電纜里，并保持一定的距離。由于現(xiàn)場會對大功率電機進行開關(guān)，產(chǎn)生高頻信號，為防止高頻電磁干擾系統(tǒng)，可以在供電線路上安裝變壓器，避免對系統(tǒng)的影響。

3.2.2 扭絞與屏蔽

信號線的扭絞即雙絞線替代平行導線，可達到抑制磁場干擾的效果。

屏蔽即采用金屬導體隔絕元件和信號線。屏蔽可以很好的一直電容性耦合噪聲，常用的方法是通過屏蔽雙絞線連接模擬信號。

當經(jīng)過電磁干擾嚴重區(qū)域的電纜或露天安裝的控制設備信號和電源電纜屏蔽，宜采用復合式總屏蔽（內(nèi)屏蔽層為一點接地，外層蔽層為兩點接地）。

3.3.3 接地

DCS系統(tǒng)的接地主要分為工作接地（系統(tǒng)接地）和保護接地。

DCS必須有單獨的接地系統(tǒng)，其接地體必須與交流地及其他用電設備接地分開，在電源地線的兩點間有毫伏級、甚至是伏級電壓，對于小信號電路來講，是一種嚴重干擾，所以交流地與信號地必須隔離，不能混用為一點。確保DCS控制系統(tǒng)的模擬信號及控制電纜屏蔽層接地方式符合規(guī)定，通常同軸電纜和模擬信號測控電纜宜采用控制室側(cè)集中一點接地方式。

3.3.4 其他抑制措施

針對以上幾種抑制措施，具體還有以下方式：加裝防浪涌保護器、加裝防護罩、加裝信號隔離裝置、加裝磁環(huán)等。

四、案例事故分析

4.1 閉式泵干擾造成氣動執(zhí)行機構(gòu)反饋值波動事件

2017年12月26日，#6機閉式水箱補水氣動門閥位反饋波動異常，閉式水箱液位較高。就地檢查補水氣動門在全關(guān)狀態(tài)下投入自動，閥位在0～20%之間不斷波動，導致不斷補水，閉式水箱液位升高。

初步判斷外界干擾導致執(zhí)行機構(gòu)定位器波動異常，在對定位器加強接地并進行自整定后，繼續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)波動仍然存在，隨后對該氣動門邏輯里修改比例帶、積分、微分參數(shù)以削弱干擾的影響，經(jīng)觀察后波動頻率雖有所降低，但仍存在。在不斷的觀察分析后，該執(zhí)行機構(gòu)為總線設備，就地總線柜位置在#62閉式水泵邊，由于閉式泵的干擾，使該總線下模擬量均受到波動影響。在對總線柜進行加強接地處理后，補水氣動門恢復正常。

4.2 接地線松動引起振動測點跳變事件

2018年7月5日，#3燃機3瓦、4瓦軸承振動測點發(fā)生跳變，測點波動異常。

至現(xiàn)場檢查后，確認實際振動數(shù)值正常，振動探頭及其前置器均正常無故障，判斷原因為外界干擾導致，并采取了以下措施：將現(xiàn)場的電氣絕緣線與振動探頭隔離開，并對進入DCS的電氣信號進行排查。最終結(jié)果為轉(zhuǎn)子接地松動，固定接地后，振動測點恢復正常。

4.3 雷擊干擾造成設備損壞案例

2017年8月，#6機凝汽器循環(huán)水電動門、#1冷卻塔流量計因遭遇雷擊而造成板卡損壞，通訊異常。對其通訊板進行更換后，測點顯示恢復正常。

對于易受雷電干擾的系統(tǒng)或設備，應請電氣專業(yè)配合選擇合理的位置安裝防浪涌保護器，或確認已安裝防浪涌保護器的位置合理。

4.4 防范措施

針對以上幾起不安全事件，為防止現(xiàn)場干擾帶來的影響，結(jié)合公司現(xiàn)場實際情況，應做好以下幾項工作：

（1）重點觀察易受干擾設備。檢查總線設備畫面趨勢，接地是否完好，針對靠近干擾源的總線柜，應加強接地措施;對于室外露天設備，做好防護工作，針對易遭遇雷擊的設備，還應加裝防浪涌保護器;

（2）加強系統(tǒng)運行日常巡檢制度，以便及時發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)異常狀況。運行中定期檢查與自動、保護相關(guān)的測量信號歷史曲線，若有信號波動現(xiàn)象，應引起高度重視，及時檢查系統(tǒng)中設備各相應連接點是否松動或接觸不良，電纜絕緣層是否有破損或接地，屏蔽層接地是否符合要求等，并進行處理;

（3）落實消缺臺賬記錄工作。任何時候，一旦出現(xiàn)信號異變，熱控人員應及時檢查原因并保存異?，F(xiàn)象曲線，注明相關(guān)參數(shù)后歸檔。

五、結(jié)束語

DCS系統(tǒng)可靠運行是機組安全穩(wěn)定運行的重要前提，但由于現(xiàn)場熱工電纜質(zhì)量、鋪設走向、接地及其他抗干擾措施不符合規(guī)范要求，導致熱工測量信號受干擾發(fā)生躍變。因此需要熱工專業(yè)人員在DCS安裝和檢修維護過程中，綜合考慮各方面因素，制定有效的抗干擾措施，以抑制或消除干擾帶來的影響。

參考文獻：

[1] 楊蔚然、王志錫.熱工儀表及控制裝置安裝[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2] 徐平、李金燦.電控及自動化設備可靠性工程技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，997.8.