浅析电厂DCS控制系统接地的重要性

杨代敏

摘要：发电厂接地系统的安装和维护对于电厂的稳定运行相当重要，很多电厂因为接地系统的原因，出现很多引起设备跳闸的故障问题，而且，不同厂家的控制系统及PLC系统，接地要求也不尽相同。本文主要介绍和利时MACSV系统和OVATION系统的接地规范和主要特点，并对韶关市坪石发电厂（下称坪石电厂）的因接地原因或者信号干扰引发的问题进行分析，希望对其他电厂DCS控制系统抗干扰方面的故障处理具有一定的指导意义。

关键词：电厂控制系统接地

中图分类号： TL503.6 文献标识码： A

1 前言

DCS及PLC控制系统因其集中控制，风险分散等优点，在工业控制中的应用越来越广泛。控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和稳定运行，而系统的抗干扰能力则是关系到整个系统可靠运行的关键。要提高控制系统可靠性，一方面要求生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。而接地系统的可靠性，又在很大程度上决定了该系统抗干扰能力的强弱。

控制系统的接地应该具备两种基本功能：1、当进入控制系统的信号、供电电源或控制系统设备本身出现问题时，能有效地承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地。2、接地系统应能够为DCS提供屏蔽层，消除电子噪声干扰，并为整个控制系统提供公共信号参考点，即参考零电位。

2MACSV系统接地分析

坪石电厂三期为2台300MW循环流化床机组，DCS为和利时MACSV 1.1.0控制系统.

2.1MACSV系统的保护地连线应使用铜芯绝缘电线或电缆连接到厂区电气专用接地网或接地体上。接地线选用绝缘铜芯线，截面不小于2.5mm2, 接地总线选用多股绝缘铜芯线，截面一般要推算：不小于16mm2。

2.2.MACSV系统接地要求

MACSV控制系统需要两种接地：保护地和屏蔽地 ，现场控制站还配有系统地。

2.2.1.保护地（CG，Cabinet Grounding）：是为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施。MACS系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、端子柜等均应接保护地。保护地应接至厂区电气专业接地网，接地电阻小于4欧姆。

2.2.2. 屏蔽地（AG，Analog Grounding）：它可以把信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号质量。MACSV系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地。

2.3 总体接地原则

2.3.1 把整个系统分为“系统地”、“保护地”、“屏蔽地”，柜内不混用。

2.3.2 “三地”在机柜内汇入一点接地，接地电阻应小于4欧姆。

2.3.3 一个系统只允许一点接地，可以与电气接地网共地。

2.3.4 防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与电气接地网的主干线相连。

2.3.5 保证多股胶合线与螺纹端接触良好，宜设置铜制铲形接线片。

3OVATION接地系统分析

坪石电厂三期2台300MW循环流化床机组，DEH采用美国西屋公司的OVATION控制系统。

3.1 OVATION系统接地主要特点如下：

3.1.1系统必须单点接地。

3.1.2OVATION系统要求配置独立的接地地桩，不能与其它系统共用。

3.1.3OVATION系统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。

3.1.4接地是以接地簇为单位的。

3.1.5一个接地簇中机柜的数量不超过5个。

3.1.6主控柜和与之相连的扩展柜必须在同一个接地簇中。

3.1.7 一个接地簇中只允许保留一个短接片（也就是铜牌），且只允许保留在主控制柜背后的电源分配单元上。

4 坪石电厂控制系统因接地引起的设备异常

坪石电厂三期机组投产四年多来，曾发生过由于接地和干扰原因引起的异常，所幸的是没有导致机组跳闸或主设备跳闸。具体情况介绍如下：

4.1 几个压力测点出现峰峰值跳变，更换一次元件无变化，检查现场屏蔽线，控制柜内接地线，重新将信号接地接入柜内接地后正常。

原因分析：这个是典型的屏蔽地（AG，Analog Grounding）引起的故障，由于安裝质量问题，导致部分电缆的屏蔽层铜网对地连接接触不好，不能有效将干扰导入接地网，致使干扰信号串入输入信号引起显示值跳变。要避免这种情况的出现，一是要注重电缆质量，选型时尽量选取优质铠装双层屏蔽的控制电缆；二是要注重安装质量，屏蔽铜网的汇接及截面积都要满足安装规程。

4.2 部分采用部分采用模拟量信号作为联锁保护的测点，例如：凝结水泵出口母管压力波动，检查信号线对地电压2VAC左右，更换电缆，重新做接地线后仍未能正常。

原因分析：检查发现该变送器送DCS信号电缆与高压动力电缆平行敷设，无法完全屏蔽长距离高压电缆的感应电流引起的干扰，后采用压力开关的开关量信号作为联锁，且电缆敷设时尽量与动力电缆垂直，处理后未再出现异常。要避免此种情况的发生，在安装阶段应严格按照电缆敷设规程要求，信号电缆与动力电缆分层敷设并保证交汇处呈90°。

4.3 在机组调试期间，汽机调速系统阀门整定完后出现波动，反复整定后阀门仍然摆动，更换伺服阀，情况未见好转。

原因分析：检查阀门指令线和LVDT反馈线，发现安装单位将信号线在现场接线盒内接地，DEH控制柜内同时也接地，作为屏蔽地（也叫模拟地）仪控要求电缆屏蔽层必须一端接地，以防止形成闭合回路干扰。铠装电缆的金属铠不应作为屏蔽保护接地，必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地，接入公共接地极。后将现场接地线拆除后，在DEH机柜内单端接地后问题得以解决。

4  结束语

接地系统对于控制系统来说是至关重要的，热工信号无规律跳变的现象往往都是系统接地不好引起的。虽然设计院、控制系统厂家都对接地系统提出了安装施工要求以及规范，但是安装过程中由于安装公司及监理的监督、要求不到位，接地施工往往不能执行到位，给日后的系统维护造成了重大的安全隐患，本人通过自己多年在现场工作经验以及遇到的问题，通过查阅相关资料，咨询厂家，并结合坪石电厂实际应用情况撰写本文，主要是和同行共同探讨，相互交流，进一步提高控制系统的安全性和可靠性，共同促进控制系统的安全稳定运行。

参考文献

1.《DCS控制系统抗干扰能力分析》

2.《DCS系统接地与抗干扰问题浅析》

3.《MACS系统接地规范》