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摘要：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，在鲁阳2×1000MW机组试运中，由于接地系统的扰动，试运期间发生了几起误动事件，后经多次查找分析，问题最终得到解决。解释了接地的概念与定义，并说明接地系统干扰源及解决办法，以供参考。
关键词：DCS 接地 干扰 屏蔽
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1007-3973(2011)009-046-02
1 概述
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。
控制系统采用接地的目的，是为了防止供电系统或控制系统设备出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流，并将其迅速泄漏排放到大地中；为控制系统设备提供屏蔽层，消除电子噪音干扰；为整个控制系统提供公共信号参考点(即参考零电位)。
2 DCS主接地系统的类型
DCS系统一般接地方式有三种：
(1)利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地：
(2)设DCS系统专用独立的接地网；
(3)设DCS专用接地网，经接地线、再接至电气接地网。
现在DOS系统较多的采用专用的接地网。这种接地方式优点是系统独立、接线可靠，并且不会由于电气回路接地系统出现故障而影响到控制系统运行：鲁阳2×1000MW机组的DCS采用爱默生公司的OVATION系统，它对系统接地要求如下：
(1)系统必须单点接地。
(2)机柜(包括远程I／O柜)在安装时都要求装绝缘垫，机柜和地之间的电阻在5兆欧以上。
(3)一般以控制器为单位，每个控制器的机柜要求所有保护地(CG)串联，工作地(PG)以电源卡为单位串联，最终在中心机柜的电源分配模件中与保护地连接，最终接入接地系统汇流排.由汇流排再接入DCS专用的接地地桩。
(4)OVATION系统要求配置独立的DCS接地地桩，不能与其它系统共用。
(5)机柜到接地地桩的电阻不能大于1欧姆，并尽量使接地电缆最短。
(6)远程柜一般也要求接入DCS的接地汇流排，但如果距离比较远，且附近没有大的电机设备，可以就近接地。
(7)操作员站机柜不要求装绝缘垫，保护地也不能接入DCS接地系统的汇流排，应该就近接地。
3 DAS系统过程通道的干扰来源
DAS系统的干扰来源主要分为内部干扰和外部干扰两类，内部干扰是由于构成设备或者DAS系统板件的元器件本身质量不过关以及工艺结构不合理等因素造成的，这类干扰已经随着电子技术的进步以及元器件质量的提高，已经逐渐趋于完善。而另一些外部干扰，如现场电磁波、电流、电压以及环境因素等一些外部因素的影响仍然是计算机数据采集系统急需解决的问题。常见的外部干扰有以下几种：
3.1 传导干扰
(1)当几种信号电缆在一起传输时，由于绝缘材料老化、漏电而影响到其它信号，即在其它信号中引入干扰。
(2)在一些现场执行机构中，采用220V电源供电，设各操作时会造成较大的干扰。
(3)由于接地不合理引起的共模干扰。如果信号电缆的两端同时接地，则两点的接地系统可能出现电位差异AE，可能会在信号电缆上产生一个很大的环流，叠加在信号电流上，造成模拟量信号波动。
以上这几种传导干扰中，由于现在仪控系统自身的设备状态都有保障，因此，由于绝缘材料老化或设备烧坏等原因引起的干扰较少出现，而由于接地引起的干扰较为常见，也比较难以捉摸，应该给予足够的重视。
3.2 电容电感耦合干扰
在施工现场，往往有很多信号走电缆槽或者走电缆管同时接入控制系统，这些信号电缆在一起走线，之间均有分布电容存在，会通过这些分布电容将干扰加到别的信号电缆上。另外，在交变信号电缆的周围会产生交变的磁通，而这些交变磁通会在并行的导体之间产生电动势，这也会造成线路上的干扰。
3.3 大型电气设备引起的干扰
在大型电气设备启动和开关装置动作频繁的地方，电动机的启动、开关的闭合产生的火花会在其周围产生很大的交变磁场。这些交变磁场既可以通过在信号电缆上耦合产生干扰，也可能通过在电源电缆上耦合产生高频干扰，当测温电缆无屏蔽层和智能前端接地不良时，测量过程中容易发生受到诸如磨煤机等大型设备的干扰，表现为操作员站上该温度测点信号显示值频繁变动。
4 消除干扰采取的的方法
4.1 信号电缆敷设
强电电缆与弱电电缆应分开敷设，电源电压220V以上、电流10A以下的电源电缆和信号电缆之间的距离要大于150mm，电源电压220V以上、电流10A以上的电源电缆与信号电缆之间的距离应该大于600mm。若只能放在同一桥架内，之间要装隔离板。热工电缆不可放在高压电场内。
某电厂试运机组DAS系统给水泵转速控制执行器阀位反馈信号在使用过程中发现信号经常无规律波动，检查位置发送器正常，在测量卡件加标准信号观察信号也无波动现象，对信号电缆走向进行核查，发现信号与电气电缆在同一槽盒内，无任何隔离措施，分析原因可能是电气电缆强电信号对信号电缆弱电信号产生干扰，重新敷设信号电缆与电气设备隔开后信号无规律波动现象消除。
4.2 接地回路的抗干扰措施
对于信号测量回路，信号源引线的电感不会产生严重的影响，为了避免形成地线环路，应采用一点接地。避免信号地与交流地公用，由于在电源地线的两点之间形成毫伏级、甚至是伏特级电压，这对于小信号电路来讲，是一个严重的干扰，所以必须把交流地与信号地隔离开，绝对不能混用为一点。
为了避免电缆连接时形成的接地环路以及屏蔽不良，要注意保持设备上出入电缆屏蔽层也要通过端子连接在一起，每根电缆的屏蔽层要单独使用一个连接端子，否则容易影响形成一个接地环路，使电流在屏蔽层中流动而形成干扰，低电平电缆的屏蔽层要一端接地，而且在屏蔽层外要有绝缘层，以免与其他地线相接触。
4.3 电源的抗干扰措施
计算机控制系统中有许多干扰是来自电源的，所以要求我们在电源上采取一定的抗干扰措施，以满足系统的要求。最好采用UPS电源，使DAS系统接地点和动力强电系统接地点独立开来，可消除供电回路的高次谐波。并定期检查机柜电源系统是否正常、供电电压是否在规定范围内、系统接地是否可靠、良好。
4.4 信号隔离
对于模拟量输入输出(AI／AO)回路，要防止从现场来的强电串入卡件，以及就地设备与DAS系统不共地可能产生的电势差。重要回路应该采取信号隔离器。对于数字量输入输出(DI／DO)回路，常用的解决方法就是对DI／DO信号采用继电器隔离。比如对于一个电磁阀控制反馈输入回路：现场的常开接点闭合时，继电器线圈带电，输出接点闭合，接点信号引入开关量采集卡件。
某电厂在其汽机与锅炉DAS控制单元中，部分测点(汽机的本体温度测点80个，与锅炉壁温测点等126个)选用数据总线的测量方式(选用FBM－185卡件)。这种测量方式有效的节约了测量电缆的敷设节约了大量的资金。在机组安装调试过程中发现汽机本体温度测点中，中压缸上下壁与内外壁温度出现测量误差大的现象，当机组冷态汽态缸温到达90－110℃和250－300℃这两个区间时，上述四个点出现异常变化，测量温度由21－210℃和130－460℃大范围的变化，让运行人员无法监视，当温度超过115℃和305℃后测量信号又稳定正常。检查测点与系统通讯均正常，更换卡件上述现象仍然存在，热控人员与设备厂家多方联系讨论发现，F185卡件底板的接地线未接好导致信号干扰出现上述情况，将故障处理后测量信号均正常。
5 结束语
在DAS系统应用中，干扰问题非常值得关注的。本文通过对DAS系统过程通道的干扰来源以及干扰性质作了具体的介绍，并且介绍了如何针对干扰的性质，制定行之有效的防范措施，尽可能的减小干扰信号对DAS系统的影响，保证DAS系统的稳定运行，为机组稳定可靠运行打下良好基础。
关键词：DCS 接地 干扰 屏蔽
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1007-3973(2011)009-046-02
1 概述
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。
控制系统采用接地的目的，是为了防止供电系统或控制系统设备出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流，并将其迅速泄漏排放到大地中；为控制系统设备提供屏蔽层，消除电子噪音干扰；为整个控制系统提供公共信号参考点(即参考零电位)。
2 DCS主接地系统的类型
DCS系统一般接地方式有三种：
(1)利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地：
(2)设DCS系统专用独立的接地网；
(3)设DCS专用接地网，经接地线、再接至电气接地网。
现在DOS系统较多的采用专用的接地网。这种接地方式优点是系统独立、接线可靠，并且不会由于电气回路接地系统出现故障而影响到控制系统运行：鲁阳2×1000MW机组的DCS采用爱默生公司的OVATION系统，它对系统接地要求如下：
(1)系统必须单点接地。
(2)机柜(包括远程I／O柜)在安装时都要求装绝缘垫，机柜和地之间的电阻在5兆欧以上。
(3)一般以控制器为单位，每个控制器的机柜要求所有保护地(CG)串联，工作地(PG)以电源卡为单位串联，最终在中心机柜的电源分配模件中与保护地连接，最终接入接地系统汇流排.由汇流排再接入DCS专用的接地地桩。
(4)OVATION系统要求配置独立的DCS接地地桩，不能与其它系统共用。
(5)机柜到接地地桩的电阻不能大于1欧姆，并尽量使接地电缆最短。
(6)远程柜一般也要求接入DCS的接地汇流排，但如果距离比较远，且附近没有大的电机设备，可以就近接地。
(7)操作员站机柜不要求装绝缘垫，保护地也不能接入DCS接地系统的汇流排，应该就近接地。
3 DAS系统过程通道的干扰来源
DAS系统的干扰来源主要分为内部干扰和外部干扰两类，内部干扰是由于构成设备或者DAS系统板件的元器件本身质量不过关以及工艺结构不合理等因素造成的，这类干扰已经随着电子技术的进步以及元器件质量的提高，已经逐渐趋于完善。而另一些外部干扰，如现场电磁波、电流、电压以及环境因素等一些外部因素的影响仍然是计算机数据采集系统急需解决的问题。常见的外部干扰有以下几种：
3.1 传导干扰
(1)当几种信号电缆在一起传输时，由于绝缘材料老化、漏电而影响到其它信号，即在其它信号中引入干扰。
(2)在一些现场执行机构中，采用220V电源供电，设各操作时会造成较大的干扰。
(3)由于接地不合理引起的共模干扰。如果信号电缆的两端同时接地，则两点的接地系统可能出现电位差异AE，可能会在信号电缆上产生一个很大的环流，叠加在信号电流上，造成模拟量信号波动。
以上这几种传导干扰中，由于现在仪控系统自身的设备状态都有保障，因此，由于绝缘材料老化或设备烧坏等原因引起的干扰较少出现，而由于接地引起的干扰较为常见，也比较难以捉摸，应该给予足够的重视。
3.2 电容电感耦合干扰
在施工现场，往往有很多信号走电缆槽或者走电缆管同时接入控制系统，这些信号电缆在一起走线，之间均有分布电容存在，会通过这些分布电容将干扰加到别的信号电缆上。另外，在交变信号电缆的周围会产生交变的磁通，而这些交变磁通会在并行的导体之间产生电动势，这也会造成线路上的干扰。
3.3 大型电气设备引起的干扰
在大型电气设备启动和开关装置动作频繁的地方，电动机的启动、开关的闭合产生的火花会在其周围产生很大的交变磁场。这些交变磁场既可以通过在信号电缆上耦合产生干扰，也可能通过在电源电缆上耦合产生高频干扰，当测温电缆无屏蔽层和智能前端接地不良时，测量过程中容易发生受到诸如磨煤机等大型设备的干扰，表现为操作员站上该温度测点信号显示值频繁变动。
4 消除干扰采取的的方法
4.1 信号电缆敷设
强电电缆与弱电电缆应分开敷设，电源电压220V以上、电流10A以下的电源电缆和信号电缆之间的距离要大于150mm，电源电压220V以上、电流10A以上的电源电缆与信号电缆之间的距离应该大于600mm。若只能放在同一桥架内，之间要装隔离板。热工电缆不可放在高压电场内。
某电厂试运机组DAS系统给水泵转速控制执行器阀位反馈信号在使用过程中发现信号经常无规律波动，检查位置发送器正常，在测量卡件加标准信号观察信号也无波动现象，对信号电缆走向进行核查，发现信号与电气电缆在同一槽盒内，无任何隔离措施，分析原因可能是电气电缆强电信号对信号电缆弱电信号产生干扰，重新敷设信号电缆与电气设备隔开后信号无规律波动现象消除。
4.2 接地回路的抗干扰措施
对于信号测量回路，信号源引线的电感不会产生严重的影响，为了避免形成地线环路，应采用一点接地。避免信号地与交流地公用，由于在电源地线的两点之间形成毫伏级、甚至是伏特级电压，这对于小信号电路来讲，是一个严重的干扰，所以必须把交流地与信号地隔离开，绝对不能混用为一点。
为了避免电缆连接时形成的接地环路以及屏蔽不良，要注意保持设备上出入电缆屏蔽层也要通过端子连接在一起，每根电缆的屏蔽层要单独使用一个连接端子，否则容易影响形成一个接地环路，使电流在屏蔽层中流动而形成干扰，低电平电缆的屏蔽层要一端接地，而且在屏蔽层外要有绝缘层，以免与其他地线相接触。
4.3 电源的抗干扰措施
计算机控制系统中有许多干扰是来自电源的，所以要求我们在电源上采取一定的抗干扰措施，以满足系统的要求。最好采用UPS电源，使DAS系统接地点和动力强电系统接地点独立开来，可消除供电回路的高次谐波。并定期检查机柜电源系统是否正常、供电电压是否在规定范围内、系统接地是否可靠、良好。
4.4 信号隔离
对于模拟量输入输出(AI／AO)回路，要防止从现场来的强电串入卡件，以及就地设备与DAS系统不共地可能产生的电势差。重要回路应该采取信号隔离器。对于数字量输入输出(DI／DO)回路，常用的解决方法就是对DI／DO信号采用继电器隔离。比如对于一个电磁阀控制反馈输入回路：现场的常开接点闭合时，继电器线圈带电，输出接点闭合，接点信号引入开关量采集卡件。
某电厂在其汽机与锅炉DAS控制单元中，部分测点(汽机的本体温度测点80个，与锅炉壁温测点等126个)选用数据总线的测量方式(选用FBM－185卡件)。这种测量方式有效的节约了测量电缆的敷设节约了大量的资金。在机组安装调试过程中发现汽机本体温度测点中，中压缸上下壁与内外壁温度出现测量误差大的现象，当机组冷态汽态缸温到达90－110℃和250－300℃这两个区间时，上述四个点出现异常变化，测量温度由21－210℃和130－460℃大范围的变化，让运行人员无法监视，当温度超过115℃和305℃后测量信号又稳定正常。检查测点与系统通讯均正常，更换卡件上述现象仍然存在，热控人员与设备厂家多方联系讨论发现，F185卡件底板的接地线未接好导致信号干扰出现上述情况，将故障处理后测量信号均正常。
5 结束语
在DAS系统应用中，干扰问题非常值得关注的。本文通过对DAS系统过程通道的干扰来源以及干扰性质作了具体的介绍，并且介绍了如何针对干扰的性质，制定行之有效的防范措施，尽可能的减小干扰信号对DAS系统的影响，保证DAS系统的稳定运行，为机组稳定可靠运行打下良好基础。