DCS控制系统的接地问题与防护

DCS控制系统的接地问题与防护文章分析了接地系统接地目的及相关要求，而后以某电热公司发电机组为 例，分析了 DCS 控制系统干扰信号波动引起多次机组跳闸的成因，阐述了其处 理过程及解决效果，并指出了 DCS系统施工中需引起注意的几个问题。标签：DCS控制系统；接地问题；抗干扰针对大型计算机控制系统而言，我们不仅要避免其外部干扰（切断干扰）， 同时还应清除系统内部各单元互相形成的耦合干扰。一般而言，抗御干扰最直接 和有效的方法是进行计算机系统接地，或是利用屏蔽技术。本文所列举的案例中， 更多的是采用第一种。1 控制系统接地的目的DCS 控制系统接地的目的在于安全和抑制干扰，进一步提升系统的整体性 能。（1）安全大体包含两方面内容，即人身安全与系统设备安全。从电气安全 规程来看，电气设备的金属外壳应进行可靠接地，避免事故出现时，金属外壳因 处于高电位而损害操作人员的人身安全，或损坏设备器件。（2）抑制干扰，即逐步增强 DCS 系统本身抗御干扰的能力， DCS 接地系 统能够有效降低外来干扰对系统的影响程度，同时也可减轻因自身器件对系统的 干扰程度。例如，静电屏蔽层接地能够减少变化电场带来的干扰，假如电磁屏蔽 导体不进行接地，则会增加静电耦合，引起“负静电屏蔽”效应，这不仅会使静电 无法发挥其屏蔽作用，同时还将对系统产生另一种干扰；系统中开关动作也会对 系统内部产生干扰，我们通过进行合理的接地处理，能够控制和降低这类干扰； 此外，通过接地还可有效降低系统中各部分间的电位差，消除因此而带来的干扰。2 接地连接的要求2.1 连接电阻和接地电阻连接电阻，即控制系统的接地端子与总接地板间导体、连接点电阻之间的总 和，针对DCS控制系统，它的连接电阻应在10以下。接地电阻，实际上是接 地极对地电阻、接地总干线和它的两端连接点电阻之间的总和， DCS 控制系统 的接地电阻往往属于工频接地电阻，不高于 40。2.2 接地连线的规格接地系统的导线大都是多股绞合铜芯电缆或绝缘导线。基于连接设备的数量 及其长度，在参照下列数据范围，可选择接地线的截面数据。2.3 接地连接结构的要求DCS 系统全部的接地连线在连接接地汇流排前，都应确保其绝缘良好，全 部接地干线在连接总接地板前，也必须保证其绝缘良好。同时还应用绝缘支架来 固定接地汇流排、总接地板及接地汇总板。接地系统的所有连接都应确保其导电 良好。接地连线、接地干线及接地分干线等，均应采用铜线片与镀锌钢制螺栓来 连接接地汇流排与接地汇总板，同时还应使用防松与防滑脱件，以保持整个连接 的牢固性。必要时，还可进行焊接。3 案例分析某电热公司的两台机组（125 MW）均使用了 DCS控制系统。两年时间内， 因DCS系统干扰信号波动而引起的机组停机现象共计出现了 5次，对整个公司 的安全生产造成了严重影响。 DCS 控制系统干扰信号波动范围较大，这表示计 算机控制系统也遭到了很大的电噪声干扰。抗干扰通常可采取下列几种措施：1） 清除干扰源；2）截断干扰途径；3）增强系统自身抗御干扰的能力。3.1 DCS 系统接地回路普查DCS 系统的接地技术，是一种较为常见的抗干扰方式。首先我们检查了两 台机组的计算机接地电阻，并确定其符合技术要求，而后检查接地时，我们发现 接地方式不合理。电厂的 DCS 控制系统和电气量是紧密相联的， DCS 系统接地 回路检测过程中，在接地问题上有着较大分歧。 DCS 控制系统要求我们一点接 地，然而继电保护却要求在现场进行两点接地，这和热工自动化专业所规定的屏 蔽层一点接地不相符合。一旦电气量进入DCS系统，两种规定将会发生冲突。3.2 接地问题分析电缆屏蔽层的接地方式可分为两点接地与一点接地两种，基于避免暂态过电 压角度上看，屏蔽层更适合选用两点接地方式，此时电磁可在屏蔽层上发生感应， 并形成一种感应纵向电流，该电流会形成一个二次场，与主干扰完全相反，它能 抵消主干扰场的影响，逐步降低干扰电压，不过，两点接地也有着下列两种问题：首先，当接地网上有短路电流或雷击电流时，很容易损坏屏蔽层；其次，当 屏蔽层内有电流穿过时，对各个芯线都讲出现干扰信号。对于继电保护与自动装置，因其输入与输出都有一端在开关场的高压甚至是 超高压环境中，电磁感应干扰是最为突出的矛盾，且电缆芯处于强电回路上，屏 蔽层电流形成的干扰信号并不大。所以，继电保护与自动装置规程中明确规定： 屏蔽层应在两端进行接地；从理论角度上看，电气电缆屏蔽层多点接地，屏蔽层 处于等电位，干扰也将达到最小，不过现实中这点很难实现。针对热工专业电缆， 电磁感应干扰矛盾相对较小，两点接地形成的屏蔽层 电流对芯线所带来的干扰，很可能会误动装置，此时选用一点接地为好。热工自 动化在接地时应注意下列两点：1）热工自动化设备不够集中，就地设备处的屏 蔽层通常很难连接到全厂公用地；2）两端接地时，如两端地电位不同，在屏蔽 层中将会出现一种附加电流，这个电流在屏蔽电缆中信号线时，将形成干扰电压。3.3 电缆屏蔽接地的解决措施因两点接地存在“有利”与“有弊”的相互矛盾，我们可从实际情况出发，对全 厂电缆屏蔽层的接地进行仔细检查和处理。（1）针对大量应用通过高压开关场的常规二次回路，如电流、直流控制回 路等，其控制电缆的屏蔽层通常选择两点接地方式，这是由于该类电缆的距离大 都较长，高压开关场有很强的电磁干扰，需通过两点接地来减少电磁干扰。（2）针对通过高压开关场的弱电系统，应慎重选择其接地方式，适宜采用 抗干扰性能较好的传输回路，或加装隔离措施。针对信号电平不高的弱电回路， 则应用屏蔽电缆来减少高频电磁干扰，如果回路不长，可采用一点接地，来减少 外部电场的共模干扰，而对于弱电回路，我们则可选用双绞线，以便降低其感应 耦合的差模干扰。（3）检测单点接地时，对部分信号控制电缆屏蔽层松软、电缆中间屏蔽层 断裂等现象，应采取有效的处理措施，同时还应更换带铜网屏蔽层的新电缆。通 过上列应对办法，能解决 DCS 控制信号电缆屏蔽层的多点接地问题，再配以相 应的隔离措施，有助于增强 DCS 系统信号抗御干扰的能力，干扰信号减少，控 制系统也会很快回归稳定。4 结论对于电厂 DCS 控制系统发生的干扰信号波动现象，首先应分析 DCS 系统的 接地方式，并核实接地设计及接地系统的规范性与合理性，并对接地电阻进行实 际测量，使全部信号屏蔽层都能实现单点接地。同时还应对某些控制电缆进行更 换，提高 DCS 系统信号采集的抗干扰能力。参考文献：程学稳，李豫南.DCS集散控制系统的接地防护.大众用电，2006 （08）.武彬，王代先，周康.MOD30微集散控制系统在加热炉燃烧控制中的应 用J.信息与控制， 1991（05） .3朱北恒.火电厂热工自动化系统试验M.中国电力出版社，2007.王森.DCS系统信号干扰与接地J.科技创业，2010.9.丁仰春.关于DCS系统中干扰问题及探讨J.工业控制计算机，2009.1.