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摘要：根据相关国家规定，新建电厂调试期间或运行一段时间后，热控技术人员需要对DCS系统的抗干扰能力进行测试，也可称之为现场引入干扰电压测试。这能很好的检测 DCS系统对工作现场的抗干扰能力，而且对现场工作具有一定的指导作用。本文主要介绍DCS系统共模干扰和差模干扰的测试方法，并进行简要分析。
关键词：DCS系统，共模干扰，差模干扰，测试
一 引言：
在电力生产过程中，DCS控制系统应用范围很广，并且覆盖面不断扩展，其可靠性关乎到机组的安全运行和电网的稳定，并直接影响工业生产运作。而抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。要提高DCS控制系统的可靠性，首先在工程设计，调试安装过程要对系统多重视，多方配合增强系统的抗干扰性能，其次系统厂家也要提高设备的抗干扰能力。
二 干扰的类型
干扰源又称噪声源，大多产生在电流或电压剧烈变化的部位。按噪声的干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰：
共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态 （同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，尤其是当采用隔离性能差的配供电设备时，比如变送器输出信号的共模电压正常偏高，甚至会达到130V以上，共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏。
差模干扰是指干扰电压存在于信号线及其回线（一般称为信号地线）之间，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，一旦信号上被这种干扰叠加，测量与控制精度就会受到影响。
三 抗干扰能力试验
3.1 共模抑制比
为了说明差分放大电路抑制共模信号及放大差模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比，称为共模抑制比，一般用CMRR来表示，符号为Kcmr，单位是分贝db。其一般分为直流共模抑制比和交流共模抑制比两种，其计算公式如下：
直流共模抑制比 CMRRd =20lg(Ucd/ΔUcmd) …（1）
交流共模抑制比 CMRRa =20lg(Uca/ΔUcma) …（2）
（注：在进行该项测试时，必须确认被测通道为双端输入方式（即浮空方式），所加共模干扰信号必须小于技术说明书的规定值，国内外DCS厂家各自要求不同，规程规定实际共模干扰电压值应小于输入模件抗共模电压能力的60%。）
3.2 差模抑制比
差模抑制比表征了测量回路对串联引入回路的交流干扰的抑制能力，一般NMR 表示，单位是分贝db。
差模抑制比 NMRR =20lg(Un/ΔUnm) …..（3）
实际差模干扰电压所引起的通道误差应满足下式的要求，即
式中：
UN(%)——变送器回路中的交流分量(峰峰值)与变送器量程之比，%；
NMR——差模抑制比。
3.3试验方法
3.3.1共模抑制比测试（交流要用峰值）
按下图1方式接线。在通道输入端加上一直流电压，建议值为满量程的1/2~2/3，然后按直流与交流两种情况分别逐渐增大共模干扰电压，使通道显示值有一个明显的ΔUcm变化，然后记录此时共模干扰电压值Uc。按公式（1）（2）计算交、直流共模抑制比。
3.3.2差模抑制比测试
按上图2方式接线。给通道输入端加上一直流电压，建议值为满量程的1/2~2/3，然后逐渐增大差模干扰电压，使通道显示值有一个明显的ΔUnm变化，记录此时差模干扰电压值Un。按公式（3）计算差模抑制比。
3.4 实测数据及计算分析
对某电厂DCS系统控制柜抽选多个通道进行抗共模干扰和抗差模干扰能力测试，其数据部分如下：
注：其DCS厂家提供的控制系统的性能标准为共模抑制比为大于100DB,差模抑制比大于90DB。最大共模干扰电压为直流75V，交流60V。
观察实验数据，可以发现这次实验对象所选的DCS系统抗共模干扰能力符合国家相关规程及厂家标准。但是其抗差模干扰能力达不到国家相关规程要求，也不满足厂家标准 ，因为DCS系统在此之前已做过接地电阻测试试验，且结果符合国家标准及厂家要求，所以干扰源或许来自系统内部，系统内部干扰主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等，但实验对象是老电厂，且运行有很多年，所以考虑是机柜内部电子设备老化导致DCS系统抗干扰能力下降 。
四 共模和差模干扰的抑制
4.1 共模干扰的抑制
（1）利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，也就是把模拟地与数字地断开，只要共模干扰电压不成回路，就可抑制共模干扰。
（2）利用光电耦合器完成信号的传送，实现电路的隔离。根据所用的器件及电路不同，通过光电耦合器既可以实现模拟信号的隔离，更可以实现数字量的隔离。
（3）采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰。
4.2 差模干扰的抑制
（1）采用双绞线作为信号线。若串模干扰和被测信号的频率相当，则很难用滤波的方法消除。此时，必须采用其他措施，消除干扰源。通常可在信号源到计算机之间选用带屏蔽层的双绞线或同轴电缆，并确保接地正确可靠。
（2）当传感器信号距离主机很远时很容易引入干扰。如果在传感器出口处将被测信号由电压转换为电流，以电流形式传送信号，将大大提高信噪比，从而提高传输过程中的抗干扰能力。
五 结语
电厂DCS系统处于一个复杂的环境中，其干扰可能来自各个环节。根据国家标准，通过对DCS系统进行抗干扰能力测试，可以全面反映DCS系统的抗干扰性能，电厂热控人员也可以此方法为参考，对DCS系统进行安全和稳定性评估，从而可以保障电厂的正常生产运行。
参考文献
[1]《DL/T 659-2006 火力发电厂分散控制系统验收测试规程》电力行业热工自动化标准化技术委员会，2006.9.
[2]《DL/T 774-2004 火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》电力行业热工自动化标准化技术委员会，2004.10 .
[3] 周尚周 《大型火电机组运行维护培训教材》2009.
作者简介
殷翔（1988），男，大学本科，助理工程师，主要从事电厂热控控制系统的调试和现场技术支持工作。
论文作者:殷翔
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/19
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