300MW火电机组分散控制系统抗干扰能力分析

王书祺

摘 要：本文分析了某发电厂三号机组分散控制体系的结构、电源、接地，指出影响DCS的途径，指出DCS接地网需要独立设置，安排了一个公共接地网。第一部分描述MACSV的电源及接地；第二部分描述TN方式时接地网冲击对DCS的影响；第三部分描述DCS的抗干扰设计；第四部分描述DCS独立接地网的设计。最后，总结了三号机组DCS经过独立接地网改造后所取得的效果。

关键词：公共接地网；干扰；隔离

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）05-0153-02

依据DL/T 621—1997《交流电气装置的接地》第四点一条和GB 51069—2006《电气安装工程接地装置施工及验收规范》第三点一点一条第十五款规定，电气设施的接地应该接到全厂公用接地网上。关于分散控制体系DCS的接地，根据DL/T 659《火力发电厂分散控制系统验收测试规程》的规定，既可以接全厂接地网，又可以依据厂家的要求设独立接地网。某发电厂三号机组是三百MW机组，DCS型号是XDPS-400，二零零五年投产，它的接地线接到全厂接地网。

该机组DCS自二零一二年，产生过多起不明原因的信号扰乱现象。依据干扰分离原理，设计了一个独立接地网，把DCS的接地点从公共接地网中分离出来。

从干扰的影响机理刊，干扰是一种外部的因素，若要影作用于它的内部，它的要素不外乎起源、传播通道、和受体。接地网变为干扰传播通道，所以，应该把接地网分离开来。

1 MACSV的電源及接地

MACSV是以控制站作为节点的布置结构，每个站包括一个控制柜与一个端子柜，每个控制站内的额设备电源和接地结构如图1所示。

图1中，G1是安全地，G2是数字地，G3是屏蔽地，二十四伏电源没有接地，使用悬空方式。

依据IEC的界定，变压器铁芯、外壳等与零线N和设备保护线PE共同使用一个接地点属于TN方式。因为DCS的接地点G0接到四百伏接地网上，跟厂用的变压器的铁芯、外壳、零线连接，所以，是TN方式[2]。在TN方式中，当发生雷击或工频接地的时候，由于冲击电流很强，接地网电位会大幅波动，并会造成二次体系的地电位响应波动。处理这一弊端的方法是对接地网完全分离，也就是电气体系或设施的外壳单独就近接地。DCS有一个直接接地点，电气装置搂在外面的导电部分接到电气和变压器保护接地点无关的接地设施。DCS使用TT接地方式后内外两个体系已经没有直接的电气关联，实现了分离，是非常安全的。

2 TN方式时接地网冲击对DCS的影响

2.1 接地网冲击对模拟回路的影响

模拟输入信号电缆通常使用屏蔽电缆，需要屏蔽层在电脑测单端接地。由于每一根信号线都和屏蔽层之间有分布电容，当两点接地时，带通内的高频干扰会通过分布电容和信号线构成通路。

2.2 接地网冲击对开关量输入通道的影响

开关量输入信号包括开关位置、设备状态等，通常来自继电器辅助接点，而且使用光电分离。

对于DI检测电路，即使DI接点是开路的，由于有对地分布电容，GI点的高频干扰需在DI回路中构成瞬间导通，从而出现误报信号。DI导线回路越长，这个现象越严重。

2.3 接地网冲击对逻辑电路及网络的影响

在MACSV中，每个DPU中控制网的小交换机使用了二十四伏电源，它的内部的五伏电源是浮地的，也就是小交换机的逻辑地是悬空的。MACSV的控制网存在脱网现象。脱网故障与接地网干扰是一种直接的关系。当逻辑电路和体系接地距离特别近的时候，由于数字地Gd和接地线GI之间的布置电容C的影响，二者之间设立频带内的高频通道，有可能形成信号电压瞬间波动。

3 DCS的抗干扰设计

3.1 TT接地方式

DCS使用TN方式时，当电气一次体系发生雷击、设备接地、电焊等情况时，会对二次体系产生作用，严重的时候，影响测量装置。所以，二次体系等弱电装置应该使用独立的接地，也就是TT接地方式，在供电电源处使用隔离变压器，GI是全厂公共接地网，G2是DCS独立接地网，GB是分离变压器。对于DCS独立接地网的要求，由于二次体系本身的特征，通常不会直接产生雷击接闪，而且二次体系供电容量特别小，不会发生一次那种大接地电流。

3.2 模拟回路的设计

采用TT接地方法之后，整个模拟信号回路还应该使用严格的分离和屏蔽措施，还要在电脑侧一点接地。具体是，二次回路电缆的屏蔽层和现场的金属绝缘体，在控制室内接到专用的接地网上。全部接地都按照“一点接地”的原则。

3.3 开关量回路设计

开关量回路应该采取图2的设计，以减少外部的影响。

图2中，连接DI干接点回路的电缆需要使用屏蔽电缆。屏蔽层、DCS机柜和设施外部、直流工作电源“零电位”需要按照“一点接地”原则接到DCS独立接地网G2上。为进一步提升抗工频影响效果，光耦取样于R2两端的分压，而且选择信号充电时间常数大于5ms，隔离后的数字地Gd可以悬空，也可以按照一点接地原则接到独立接地网上。

3.4 电缆选型

为了保证DSC体系的信号的可靠性以及稳定性，在设计的时候需要准确完成电缆选型。

电缆选型时应注意：控制电缆应该选择铜导体，使用阻燃电缆，若火灾的时候还要求正常工作一段时间，需要选择耐火电缆。电缆电线等的线芯横截面需要按照回路的最大的允许点降压、仪表允许的最大的外部电阻等要求来进行选择。同一根多芯电缆中，只允许传送相同的信号，交流供电的变送器的信号与电源不可以使用同一根多芯电缆传送。

4 DCS独立接地网的设计

4.1 独立接地网的结构

接地是抗干扰系统的一个相关的技术，是DCS体系安全运行的关键接地系统处理得好能够消除干扰，保证系统的可靠性，否则会出现干扰，破坏系统的安全运行。

保护接地的作用是使正常的时候不带电的设施和仪表的金属部分，在带电的情况下通过很好地接地，即接地短路电流入地，这类接地，虽然都有看干扰的作用，但他的主要功能是人身和设施的安全。

屏蔽接地的作用是控制电容性耦合噪音，减少电磁干扰。这种接地通常要求接地电阻≤4，且和其他的接地之间的距离不小于5米。

4.2 接地电阻的测量

接地电阻测试仪器型号是CEOHMC，测量原理按照三线制测量原理进行。依据三线制接地电阻测量原理，测试仪中心桩和小接地网之间的路程应该达到五倍等效接地网半径以上。所以，按接地半径二点五米算，中心桩和测量接地体之间的距离是十二点五米，远桩的距离是二十五米。从测量原理看，这是栓平衡电桥测量。其中是中心桩和接地体以及中心桩和远桩之间的土壤电阻，由于中心桩和两者之间的距离相等，所以，假设两者之间的电阻也相同。

5 结语

三号机组DCS经过独立接地网改造后，进行电焊冲击试验，没有发生信号波动现象。说明DCS设置独立接地网是有效的。为了提升二次体系的抗影响能力，对二次体系的电源、模拟量输入回路、开关量输入回路、控制回路等分别使用了相关的措施，把二次体系纳入一个独立、全程屏蔽的环境，切断了外部干扰的传播路径。

参考文献

[1]肖伯乐.我国火力发电厂自动化技术的发展以及前景展望[J].动力工程，1997，（05）：47-60+94-95.