浅析发电厂DCS系统干扰及防范

李 强

攀钢发电厂 四川攀枝花市

1.存在的问题

攀钢发电厂自2001年3台发电机组热控部分进行DCS+DEH系统改造以来，由于干扰原因造成DCS+DEH系统故障现象时有发生。

（1）2002年9月，2#机组DCS+DEH系统改造后施工调试阶段，在调试锅炉给粉机时发现DCS+DEH系统在操作员显示画面上给粉机转速信号和电流信号偏高，且该接线端子板上其他信号也出现相同现象，检查测试输入电流（4～20mA）信号正常。

（2）2002年10月，2#机组在运行过程中突然出现汽机主汽门关闭，检查未发现有人为操作指令，DCS LPC卡停机保护组态逻辑正确。

（3）2010年3月，1#机组球磨机入口温度信号在DCS控制画面出现跳变现象，显示值不准，现场检查测试该元件阻值正常。

2.原因分析

该厂工作环境十分恶劣，环境温度变化、空气中粉尘、电磁干扰都会影响集散控制系统运行的稳定性、可靠性，甚至直接影响发电机组的安全。下面具体分析各种干扰情况。

（1）环境温度影响。环境温度对DCS设备（工控机、卡件及接线端子板）安全影响十分明显，对集成电路和电子元件而言，室温在规定使用范围每增加10℃，可靠性降低25%，器件周围的环境温度超过60℃，计算机就会发生故障；温度变化，产生内应力及冷热变化加剧器件、材料损伤，电气性能变化。

（2）粉尘影响。空气中粉尘对集散控制系统的危害也是较大的，计算机设备由于磁盘与磁头间隙很小，灰尘进入其中后，在高速运转的情况下，造成机械损伤，磁头磨损；灰尘吸附在控制卡件和接线端子板的集成电路和电子元件使绝缘降低，甚至短路，相反绝缘性尘埃则会使插件接触不良。

（3）电磁干扰。电磁干扰对集散控制系统的影响较大，但产生干扰的原因主要有：①内部干扰，由集散控制系统设备自身产生的干扰。由于集散控制系统设备内部卡件、接线端子板线路布局不合理，在设备内部产生电磁波引起干扰。电子设备的电源滤波不好，供电品质不高，内电源电压波动和谐波产生的干扰。电子设备内部电路的参考地对高频信号和低频信号的感抗不同，导致对高频信号和低频信号的参考电位不同，引起的干扰。从该厂使用的上海新华的DCS设备情况看，该系统除采用硬件抗干扰技术外，还采用了软件抗干扰技术，内部干扰的情况已经基本上得到了解决。②外部干扰，指电子设备在其使用的外部环境中直接或间接承受的电磁干扰。在发电厂中，电子设备的外部干扰源很多，如辐射电磁波、无线电波、电火花、过电压、大容量设备的启停、电气设备事故接地、雷击等。这些干扰源通过以下几种方式作用到电子设备上，产生干扰噪声。③接地线的影响，当电子设备与电气设备共用接地网时，如果发生电气设备过电压等情况，接地网电位发生瞬时变化，此时，不同电子设备的接地之间产生电位差，由此引起干扰。1#机组球磨机入口风温度显示异常就是属于接地线未接好引起干扰，由于接地线脱落接线端子板上该通道有几十伏不等的交流电压分量存在，造成该卡件其他通道也不能正常显示。

3.结论

从以上各种干扰对DCS的影响情况来看，该厂存在的干扰主要是外部干扰信号，这些干扰信号对该厂DCS的影响主要反映在以下几个方面。

（1）干扰信号影响仪表的测量精度，如前面介绍的给粉机变频控制器载波信号干扰大造成测量不准确等现象。

（2）干扰信号导致控制系统工作不正常，如引起控制系统设备误动、拒动等，如前面介绍的2#机组汽机停机保护系统误动故障。

（3）干扰信号造成计算机的执行程序或数据丢失，严重时引起死机。

（4）干扰信号严重的会造成电子设备的性能降低、甚至卡件、接线端子板等设备损坏，如球磨机入口温度跳变等故障现象。

4.防范干扰的措施

针对干扰信号产生的原因和途径，采取一系列措施来防范干扰信号。首先干扰信号若要对控制设备产生影响必须具备3个条件：①有干扰源。②有传播途径。③有承受干扰的设备。因此要降低干扰对控制设备的影响，对应也有3种思路，第一消除或抑制干扰源；第二破坏干扰信号传播途径；第三降低控制设备对干扰的敏感性。

消除干扰源是抑制干扰最有效的方法，但在现场很难做到。首先从控制系统施工角度消除，抑制干扰通常是采取破坏干扰传播途径的方法，而从制造角度则是采取降低卡件和工业计算机对外部干扰的敏感性，以及减少内部扰动的方法。因此在分散控制系统设计、施工、改造、检修时应做好以下工作来消除或减少干扰信号的影响。

（1）接地。电子设备接地就是要使电子设备与地保持等地位。分散控制系统的接地可分为以下几种：①安全地（保护地），即机柜的外壳接地，用以保护人身和设备免于高电压。②交流地（电源地），即计算机电源的中性点接地。③信号地（屏蔽地），计算机输入信号用的屏蔽电缆的屏蔽接地，用以释放屏蔽层的静电能量。④逻辑地（参考地），即计算机内部电路的参考零电位点。

该厂在分散控制系统改造施工时严格按照要求进行施工：将DPU控制柜内的逻辑地、机箱地、机架地按照星型连接，每个DPU控制柜和接线端子柜实行单点接地。将每个控制柜和接线端子柜的接地点接入4#控制柜接地排后接到厂用接地网（图1）。因此在机组大、小修工作中应加强对系统设备接地情况进行检查，及时消除设备接地中存在的隐患。针对该厂1#机组球磨机入口温度造成卡件故障，技术人员对各种原因进行分析，检查确认为现场来的信号电缆线屏蔽接地线松脱产生干扰电压造成卡件故障，重新接好屏蔽线，温度信号显示正常。

图1 DCS设备接地线示意图

（2）屏蔽。屏蔽是用金属（屏蔽体）把电场或磁场等外界干扰阻止在受干扰物之外。该厂在DCS+DHE控制系统改造时对接入DCS系统的模拟信号电缆采用屏蔽电缆，将屏蔽电缆的屏蔽层分别接入接线端子柜的接地板。对于多芯对绞屏蔽电缆，每对对绞线外有单独的屏蔽层，防止对绞线之间产生感性耦合，对绞线的屏蔽应是彼此绝缘的，将电缆的总屏蔽层接到接地排。屏蔽线使用的有三种接地方式。

（3）辐射干扰防范措施。对于由于电磁辐射造成的干扰应在电子间管理上严格要求：机组运行时,在电子间内不准使用产生辐射干扰的设备（如移动电话、对讲机等）；严禁在电子设备间使用电焊机、冲击钻等强电磁干扰设备；敷设信号电缆时应尽量远离高频设备，避免电磁辐射干扰影响集散控制系统安全运行。例如在2#炉给粉机转速信号故障处理过程中，一方面对信号电缆敷设情况进行检查，另一方面与变频器厂家进行联系，经过相关技术人员多次分析最后确定为给粉机变频载波频率辐射大造成（设备要求设置为0～15Hz，变频控制器设置为10Hz），最后设置为2Hz后，信号显示正常。

（4）隔离。该厂改造施工过程中和设备检修时对重要控制系统信号电缆敷设时作了如下要求：①在电缆比较集中的地方，信号电缆、控制电缆该和电力电缆应分层敷设。避免信号电缆、控制电缆与电力电缆平行敷设，避免将弱电信号线与电力线放在同一根电缆之中，避免电信号回路与强电回路共用接地线。②2#机组汽机停机保护系统出现的误动故障后，对该系统接入DCS系统逻辑控制信号通过隔离继电器隔离后，接线端子板上无交流干扰电压信号，保护系统正常工作。对3台机组汽机停机保护系统的接入汽机保护控制系统22个开关量（汽机轴向位移达高二值、凝汽器真空低等）接点输入信号分别接入DC 48V隔离继电器进行隔离后输出干接点信号到DCS系统接线端子板，以防止干扰信号导致保护系统误动。

（5）环境温度控制。从该厂DCS电子间温度情况来看，温度基本上在20～30℃变化，为确保DCS设备安全运行，应严格执行《火力发电厂分散控制系统运行检修导则》中控制室及电子设备间的温度和湿度的要求：电子设备间的环境温度宜保持在18～24℃，温度变化率应尽量最小。该厂3#机组集散控制系统电子间由于空气流动性较差，控制室和电子间温度差大，建议在控制室上方安装窗户，以保证集散控制系统电子间室内温度和湿度保持相对稳定，满足集散控制系统设备温度环境要求。

（6）电子间粉尘控制。该厂集散控制系统电子间粉尘问题，应在设备检修过程中应加强对控制柜、卡件、计算机和接线端子板的清扫，机柜和计算机滤网应定期清洗和更换；利用机组大小修机会加强对粉尘泄漏的治理，对进入控制室和DCS系统接线端子柜的电缆孔洞应严密封堵。防止粉尘进入DCS系统控制柜，为集散控制系统设备提供良好的工作环境。

5.结束语

通过对该厂存在的干扰对集散控制系统设备造成的几个故障的分析和处理类似故障采取的具体措施，以及在检修、施工中应注意的问题的介绍。电厂集散控制系统设备要有效地消除各种干扰信号，只有通过在施工和设备检修过程中严格按照相关的技术标准进行管理，有效地消除干扰源、切断干扰传播途径，进一步降低各种干扰对集散控制系统设备的影响，以保证了集散控制系统设备安全、稳定、可靠运行。