对电厂热控系统常见问题的分析

蔡 健

(广东红海湾发电有限公司，广东 汕尾 516623)

随着计算机技术及网络通信技术的不断发展，D C S、P L C等控制系统在发电厂中得到广范应用，发电厂热力过程控制的稳定性和可靠性也有了很大的提高。但是一些外部因素常导致控制系统运算错误,信号显示不准确,甚至保护误动。为此,一方面我们要求提高硬件设备抗干扰性能。另一方面我们要在设计、施工和日常维护中加强管理,从多方面来提高系统抗干扰能力。

1 干扰的分类和原理

热控系统工作环境复杂。被测量一般被转换成微弱的低电压、低电流信号远距离传输。难免在信号采集和传输中出现一些与被测信号无关的电压或电流信号,这种无关的电压或电流信号称为干扰。干扰的类型我们通常按照产生的原因、模式和波形分为三类：按照产生原因分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按照波形性质分为持续噪声、偶发噪声等；按照干扰信号对有用信号作用的方式分为共模干扰和差模干扰(电磁干扰),这是我们常见的,也是本文讨论重点。共模干扰是指系统输入端相对与参考点(地)共有的干扰电压信号,是在信号线上共有的干扰信号,是由于信号的接地端对控制系统接地端存在一定的电位差引起的(如下图1所示)。

从图1中可以看出,系统信号接受端A B对系统地的电压分别为U s+U c m和U c m,U c m是A、B对地共有的电压,是共模电压。U c m可以是直流,也可以是交流,取决于现场产生干扰的环境;另外通过静电耦合的方式也可能在信号两输入端感应出对地的共同电压。差模干扰是指与有效输入信号串联迭加的干扰。如图2所示。

差模干扰主要是由内部干扰和电磁耦合引入的外部干扰。在生产现场D C S系统、信号电缆及测量设备处于强电设备产生的很强的交变磁场中,这个交变磁场会在闭合的仪表回路中产生一个感应电压,直接影响到测量和控制精度。如下图3电磁耦合干扰所示。

从图3中可以看出,与信号线平行的干扰线中有交变电流Ia流过,有分布电容C 1和C 2耦合,就会在输入信号回路中形成交流干扰信号U n。迭加在输入信号U s中。

2 干扰的主要来源

干扰信号主要是有干扰源产生,干扰源根据产生原因分为内部干扰和外部干扰。

①控制机柜内部的干扰柜内部的干扰主要包括机柜内部的卡件、不合理走线、系统接线等因素;D C S卡件内部元器件及电路间由于绝缘不良,造成漏电阻,形成回路,引入干扰;机柜内部走线数量大,电缆槽合布置有限。电缆与二次线强电弱点信号没有分开布置,产生交变磁场对模拟信号产生干扰;控制系统长期运行,接线端子出现松动,在不同金属结合部位出现热电。势和金属腐蚀产生化学电势,对信号回路产生干扰。

②系统接地产生的干扰。控制系统良好的接地可以有效地抑制电磁干扰的影响。接地一般包括系统地、保护地、屏蔽地等。接地系统干扰主要是由于各个接地点电位分布不均,存在电势差,引起环路电流。影响控制系统正常工作。

③信号线引入系统的干扰。

3 抑制干扰的措施

由于干扰产生十分复杂,但是干扰源产生的干扰信号必须通过“路”和“场”的途径进行传播。以电路连接引入的干扰属于“路”干扰;以电磁感应形式引入的干扰为“场”干扰。要抑制干扰,就是要从“路”和“场”着手。

①选择正确的接地方式,做好良好接地接地一是为了安全,二是为了抑制干,完善良好的接地是抑制干扰的有效途径。根据减少干扰和保护人及设备安全的原则,从工程中的经验显示,尽量采用以下接地原则:即把整个系统分为“系统地”、“保护地”、“屏蔽地”,做到不混用;“三地”在最终处汇入一点接地,接地电阻应小于4欧姆;机柜内“系统地”和“保护地”应该电气隔离。

②电缆的正确选择和施工工艺减少干扰对于不同的信号要选择不同的电缆传输。现场信号大致分为模拟量信号、开关量信号与数据通讯信号。模拟量信号包括模入和模出信号,此类信号应使用屏蔽对绞电缆连接,信号电缆芯的截面应大于等于lmm2。开关量信号包括开入和开出信号,低电平的开关信号应使用屏蔽对绞电缆连接,信号电缆截面应大于等于lmm2;而高电平(或大电流)的开关量的输入输出信号可用一般对绞电缆(控制电缆)连接,但应与模拟量信号、低电平开关信号分开,单独走电缆槽。数据通讯信号电缆使用屏蔽对绞电缆。强弱电不能使用同一电缆。电缆敷设要求计算机的输入输出信号电缆应敷设在带盖的电缆槽中,电缆槽道及盖板应保证良好接地。单根信号电缆应穿在钢制电缆管中敷设,电缆管要保证良好接地。单根信号电缆应穿在钢制电缆管中敷设,电缆管要保证良好接地。电缆屏蔽层宜选用铜带屏蔽或铝箔屏蔽。屏蔽层接地的原则为一端接地。仪表信号电缆与动力电缆交叉敷设时,宜成直角;平行敷设时,若动力电缆有屏蔽层,两者之间的距离一般为1 5 0 m m;若动力电缆无屏蔽层,两者之间的最小允许距离按下表1执行。

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电缆在电缆沟内敷设时,必须严格按一定层次敷设,自下而上分层排列的顺序是:动力电缆、控制电缆、信号电缆(屏蔽电缆)。

③良好的维护可以有效减少干扰的产生在D C S系统维护中,定期对接地电缆进行绝缘测试,对信号电缆屏蔽层进行对地绝缘测试、防止屏蔽层多点接地。加强对D C S控制系统室内温度湿度测试。防止机柜内部出现温度和化学效应产生的干扰。另外,定期对接线端子进行紧固,减少由于接线松动带来的热电势干扰。

4 结语。

以上是现场实际工作中抗干扰的几种基本措施,基本可以消除干扰对D C S系统的影响，保证系统可靠运行。热控DCS系统的干扰问题是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制干扰。随着理论和实践的结合发展，更多更好的抗干扰措施在实际工作中应用，我们相信控制系统的可靠性会有更大的提高。

[1]冯卫民.论电厂热力系统干扰源及解决措施.《科技资讯》,2008年27期.