摘要：随着现场自动化程度的不断提高，机组对DCS系统的依赖性也越来越高。可靠的接地系统是保障电厂自动控制系统安全平稳运行的重要条件，但在机组实际运行中，DCS系统会受到内外部干扰，本文分析了DCS系统干扰的类型并提出抗干扰措施。
关键词：DCS系统；干扰；接地
引言
随着电力工业的迅速发展和热工自动化水平的提高，分散控制系统（DCS）已在国内许多大中型火电厂中广泛采用，这对保证电厂安全、经济和文明运行起到了十分重要的作用，并取得了良好的效果。DCS可靠的接地系统，是保障DCS 安全运行的前提之一。
1 DCS系统接地的意义
当供电系统或DCS设备出现问题时，DCS有效的接地系统能承受过载电流，并将其迅速排放到大地中，为DCS设备提供屏蔽层，消除电子噪音干扰，为整个DCS控制系统提供公共信号参考点。接地系统不当或接地系统出现问题时可造成下列危害：
（1）人员的触电伤害；
（2）控制器故障或损坏（数据误差大、“死机”、控制器通道损害、设备误动作）；
（3）设备损坏。
有些装置DCS系统经常“死机”，大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的[1]。
2 DCS接地干扰来源
在火力发电厂中干扰源主要分为以下几类。
2.1系统内部干扰。
系统内干扰是指DCS装置内部的各种元件引起的干扰，如电路在动态工作时引起的干扰，接触面的电导率不一致而产生的接触干扰等。
2.2系统外部干扰
系统外部干扰包括：电源干扰、接地系统干扰、信号线传导干扰、辐射干扰。
2.2.1电源干扰
火电厂DCS系统主要由厂用电供电，在供电母线上接有较大型电力设备，如一次风机、送风机、引风机、电动给水泵等。一方面，这些设备的电机功率较大，输出的较大电流会在输出线周围产生交变磁场，会对其周围的DCS设备电缆产生干扰；另一方面，这些设备的启停过程会引起母线电压波动或过电压，从而造成低频干扰。
2.2.2接地系统干扰
为了抑制电磁干扰对DCS系统产生影响，同时也抑制带电设备向外发出干扰，DCS需要可靠接地，主要有保护接地、屏蔽接地和逻辑接地。
保护地是为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施。DCS系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、端子柜等均应接保护地。保护地应接至厂区电气专业接地网，接地电阻小于4Ω。
屏蔽地也叫模拟地，它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号精度。DCS系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地。线缆屏蔽层必须一端接地，防止形成闭合回路干扰。铠装电缆的金属铠不应作为屏蔽保护接地，必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地。接入公共接地极。
逻辑地：也叫机器逻辑地、主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等的电源输出地。如CPU的正负5伏、正负12伏的负端。需要接入公共接地极。
如果各接地点的电位分布不均产生电位差，就会引起环路电流，从而影响DCS系统逻辑电路和模拟电路的正常工作。
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2.2.3信号线传导干扰
信号传输是通过各类信号传输线完成的，在传送过程中，经常会有外部的干扰信号侵入。一方面，干扰信号可能会通过就地变送器供电电源串人；另一方面，信号线可能受到外部干扰，如电磁辐射干扰、切换电压干扰等。以上这些由信号线传导的干扰可能会引起设备误动、测量数据失真、元器件损伤等事故。
2.2.4辐射干扰
DCS还可能受到能产生空间辐射电磁场的设备的影响。如大的电力网络、电气设备的暂态过程、运行中的高频感应加热设备以及雷电等。如果DCS系统处于这样的辐射场内，其信号、数据线和电源线就可充当天线接受辐射干扰。此种干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场的大小、频率有关。
3 抗干扰措施
为了减弱和消除DCS系统接地的各类内外部干扰情况，必须从多个方面进行采取措施，措施如下：
3.1合理选择及敷设电缆
为了减少动力电缆辐射造成的电磁干扰，不同类型的信号应由不同的电缆传输。火电厂DCS控制系统线路主要有控制电缆、信号电缆、电源电缆、接地电缆、屏蔽电缆等。这些电缆都是通过电子设备间下方的电缆夹层引到DCS机柜的。电缆夹层设置一定层数的电缆桥架，为了减少动力电缆对DCS信号的干扰，在电缆桥架上应分层布置，布线原则为：信号电压等级由高到低，由强电到弱电，这几类电缆尽量分层布线且层与层之间用金属隔板隔离，模拟量和开关量信号电缆分开排列。以上布线措施都是为了防止动力线对其他信号电缆及不同电压等级的信号电缆之间的电磁感应和静电感应造成干扰。
3.2合理选择电源
在电厂DCS控制系统中，电网干扰主要是通过系统供电电源、变送器供电电源和与其直接连接的仪表供电电源串入的。干扰形式主要表现为电源中的尖峰、浪涌和下陷等，必须采用安全可靠的电源才能保证系统稳定。通常情况下，DCS供电电源采用交流电源稳压器稳压，并应具有很好的隔离性能（如UPS电源）。变送器供电电源和与其直接连接的仪表供电电源应选择分布电容小、抑制带大的配电器，隔离变压器的屏蔽层需良好接地。
3.3有效滤波
由于干扰的复杂性，要从根本上消除干扰是不可能的，在进行DCS控制系统的软件和硬件设计时应进行抗干扰的滤波处理。软件方面，可采用数字滤波和工频整型采样消除周期性干扰；硬件方面，可在信号入口对地并联滤波电容消除进入信号回路的干扰脉冲，减少共模干扰，同时可在信号两极之间加装滤波器减少差模干扰。
3.4隔离装置
一般情况下，电厂为防止DCS干扰情况的发生，常常增设物理隔离的方法，如电厂的DCS硬件设备安装在主控室后面的专门电子设备间内，电子间地面应采用防静电活动地板或则瓷砖，并采用带湿度调节的空调设备保持空间湿度及温度防止静电干扰。电子间所在建筑物利用土建钢筋作为接地引线或单独铺设接地引线接地。同时强电电路和强电设备应远离电子间。在电厂运行过程中，运行或检修人员进入电子问不能持有对讲机和电话等电磁设备。通过以上措施最大限度地保证DCS系统设备不受外来干扰。
4 结语
在火力发电厂中干扰源普遍存在，DCS控制系统的可靠屏蔽是电厂安全稳定运行的重要保证。首先，要把屏蔽作为重要因素考虑，设计电缆应采取各种措施尽可能地避免干扰；其次，施工人员在接线过程中，一定要做好DCS系统的单点接地措施，如电缆屏蔽线、机柜屏蔽线等接地；最后，运行人员在运行过程中发现问题要及时解决以免问题扩大化。并且在运行过程中尽量避免强电干扰源对控制系统造成干扰。随着电厂运行环境的日益复杂，信号干扰源头及形式会产生更多更新的变化，这就对电厂设计、施工、调试、运行维护及设备供货等各个环节提出了更高的要求。只有在上述各个环节加强控制，提高各个环节的质量，同时不断研究新技术、适应新形势，才能在火电安全运行中取得更好的成绩。
参考文献：
[1].王林晓，王兵峰.DCS系统接地问题综述.化工信息，2011，34（1）：12～14
[2].周倩，鲁学农，张文景.火电厂DCS系统信号抗干扰研究及实例.中国电力，2012，45（4）：64～67
作者简介：张靖楠（1990.11.28—），女，长期从事汽轮发电机组热工检修维护工作。
论文作者:张靖楠
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
标签：干扰论文; 系统论文; 电缆论文; 信号论文; 设备论文; 电源论文; 屏蔽论文; 《电力设备》2019年第19期论文;