嚴(yán)曉玲

（三門峽華陽發(fā)電有限責(zé)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(xué)合理的防護(hù)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(hù)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(yán)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(jìn)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(yán)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(dāng)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(fēng)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(yán)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(yán)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(hù)地和工作地組成。保護(hù)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(fù)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(jìn)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(hù)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(yán)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(dá)電源。這三個電源必須分隔開來。直流馬達(dá)控制電流的負(fù)端接DCS 接地網(wǎng)。遇到馬達(dá)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(jìn)行設(shè)計電路的時候就要對電纜進(jìn)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(jìn)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(hù)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(jìn)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(dá)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(yuǎn)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(jìn)行DCS 挑選的時候提前了解每種DCS 的抗干擾指標(biāo)，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(yuǎn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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。