對電廠熱控系統(tǒng)常見問題的分析

蔡 健

(廣東紅海灣發(fā)電有限公司，廣東 汕尾 516623)

隨著計算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，D C S、P L C等控制系統(tǒng)在發(fā)電廠中得到廣范應(yīng)用，發(fā)電廠熱力過程控制的穩(wěn)定性和可靠性也有了很大的提高。但是一些外部因素常導(dǎo)致控制系統(tǒng)運算錯誤,信號顯示不準(zhǔn)確,甚至保護(hù)誤動。為此,一方面我們要求提高硬件設(shè)備抗干擾性能。另一方面我們要在設(shè)計、施工和日常維護(hù)中加強管理,從多方面來提高系統(tǒng)抗干擾能力。

1 干擾的分類和原理

熱控系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜。被測量一般被轉(zhuǎn)換成微弱的低電壓、低電流信號遠(yuǎn)距離傳輸。難免在信號采集和傳輸中出現(xiàn)一些與被測信號無關(guān)的電壓或電流信號,這種無關(guān)的電壓或電流信號稱為干擾。干擾的類型我們通常按照產(chǎn)生的原因、模式和波形分為三類：按照產(chǎn)生原因分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按照波形性質(zhì)分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按照干擾信號對有用信號作用的方式分為共模干擾和差模干擾(電磁干擾),這是我們常見的,也是本文討論重點。共模干擾是指系統(tǒng)輸入端相對與參考點(地)共有的干擾電壓信號,是在信號線上共有的干擾信號,是由于信號的接地端對控制系統(tǒng)接地端存在一定的電位差引起的(如下圖1所示)。

從圖1中可以看出,系統(tǒng)信號接受端A B對系統(tǒng)地的電壓分別為U s+U c m和U c m,U c m是A、B對地共有的電壓,是共模電壓。U c m可以是直流,也可以是交流,取決于現(xiàn)場產(chǎn)生干擾的環(huán)境;另外通過靜電耦合的方式也可能在信號兩輸入端感應(yīng)出對地的共同電壓。差模干擾是指與有效輸入信號串聯(lián)迭加的干擾。如圖2所示。

差模干擾主要是由內(nèi)部干擾和電磁耦合引入的外部干擾。在生產(chǎn)現(xiàn)場D C S系統(tǒng)、信號電纜及測量設(shè)備處于強電設(shè)備產(chǎn)生的很強的交變磁場中,這個交變磁場會在閉合的儀表回路中產(chǎn)生一個感應(yīng)電壓,直接影響到測量和控制精度。如下圖3電磁耦合干擾所示。

從圖3中可以看出,與信號線平行的干擾線中有交變電流Ia流過,有分布電容C 1和C 2耦合,就會在輸入信號回路中形成交流干擾信號U n。迭加在輸入信號U s中。

2 干擾的主要來源

干擾信號主要是有干擾源產(chǎn)生,干擾源根據(jù)產(chǎn)生原因分為內(nèi)部干擾和外部干擾。

①控制機(jī)柜內(nèi)部的干擾柜內(nèi)部的干擾主要包括機(jī)柜內(nèi)部的卡件、不合理走線、系統(tǒng)接線等因素;D C S卡件內(nèi)部元器件及電路間由于絕緣不良,造成漏電阻,形成回路,引入干擾;機(jī)柜內(nèi)部走線數(shù)量大,電纜槽合布置有限。電纜與二次線強電弱點信號沒有分開布置,產(chǎn)生交變磁場對模擬信號產(chǎn)生干擾;控制系統(tǒng)長期運行,接線端子出現(xiàn)松動,在不同金屬結(jié)合部位出現(xiàn)熱電。勢和金屬腐蝕產(chǎn)生化學(xué)電勢,對信號回路產(chǎn)生干擾。

②系統(tǒng)接地產(chǎn)生的干擾。控制系統(tǒng)良好的接地可以有效地抑制電磁干擾的影響。接地一般包括系統(tǒng)地、保護(hù)地、屏蔽地等。接地系統(tǒng)干擾主要是由于各個接地點電位分布不均,存在電勢差,引起環(huán)路電流。影響控制系統(tǒng)正常工作。

③信號線引入系統(tǒng)的干擾。

3 抑制干擾的措施

由于干擾產(chǎn)生十分復(fù)雜,但是干擾源產(chǎn)生的干擾信號必須通過“路”和“場”的途徑進(jìn)行傳播。以電路連接引入的干擾屬于“路”干擾;以電磁感應(yīng)形式引入的干擾為“場”干擾。要抑制干擾,就是要從“路”和“場”著手。

①選擇正確的接地方式,做好良好接地接地一是為了安全,二是為了抑制干,完善良好的接地是抑制干擾的有效途徑。根據(jù)減少干擾和保護(hù)人及設(shè)備安全的原則,從工程中的經(jīng)驗顯示,盡量采用以下接地原則:即把整個系統(tǒng)分為“系統(tǒng)地”、“保護(hù)地”、“屏蔽地”,做到不混用;“三地”在最終處匯入一點接地,接地電阻應(yīng)小于4歐姆;機(jī)柜內(nèi)“系統(tǒng)地”和“保護(hù)地”應(yīng)該電氣隔離。

②電纜的正確選擇和施工工藝減少干擾對于不同的信號要選擇不同的電纜傳輸?，F(xiàn)場信號大致分為模擬量信號、開關(guān)量信號與數(shù)據(jù)通訊信號。模擬量信號包括模入和模出信號,此類信號應(yīng)使用屏蔽對絞電纜連接,信號電纜芯的截面應(yīng)大于等于lmm2。開關(guān)量信號包括開入和開出信號,低電平的開關(guān)信號應(yīng)使用屏蔽對絞電纜連接,信號電纜截面應(yīng)大于等于lmm2;而高電平(或大電流)的開關(guān)量的輸入輸出信號可用一般對絞電纜(控制電纜)連接,但應(yīng)與模擬量信號、低電平開關(guān)信號分開,單獨走電纜槽。數(shù)據(jù)通訊信號電纜使用屏蔽對絞電纜。強弱電不能使用同一電纜。電纜敷設(shè)要求計算機(jī)的輸入輸出信號電纜應(yīng)敷設(shè)在帶蓋的電纜槽中,電纜槽道及蓋板應(yīng)保證良好接地。單根信號電纜應(yīng)穿在鋼制電纜管中敷設(shè),電纜管要保證良好接地。單根信號電纜應(yīng)穿在鋼制電纜管中敷設(shè),電纜管要保證良好接地。電纜屏蔽層宜選用銅帶屏蔽或鋁箔屏蔽。屏蔽層接地的原則為一端接地。儀表信號電纜與動力電纜交叉敷設(shè)時,宜成直角;平行敷設(shè)時,若動力電纜有屏蔽層,兩者之間的距離一般為1 5 0 m m;若動力電纜無屏蔽層,兩者之間的最小允許距離按下表1執(zhí)行。

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電纜在電纜溝內(nèi)敷設(shè)時,必須嚴(yán)格按一定層次敷設(shè),自下而上分層排列的順序是:動力電纜、控制電纜、信號電纜(屏蔽電纜)。

③良好的維護(hù)可以有效減少干擾的產(chǎn)生在D C S系統(tǒng)維護(hù)中,定期對接地電纜進(jìn)行絕緣測試,對信號電纜屏蔽層進(jìn)行對地絕緣測試、防止屏蔽層多點接地。加強對D C S控制系統(tǒng)室內(nèi)溫度濕度測試。防止機(jī)柜內(nèi)部出現(xiàn)溫度和化學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生的干擾。另外,定期對接線端子進(jìn)行緊固,減少由于接線松動帶來的熱電勢干擾。

4 結(jié)語。

以上是現(xiàn)場實際工作中抗干擾的幾種基本措施,基本可以消除干擾對D C S系統(tǒng)的影響，保證系統(tǒng)可靠運行。熱控DCS系統(tǒng)的干擾問題是一個十分復(fù)雜的問題，因此在抗干擾設(shè)計中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制干擾。隨著理論和實踐的結(jié)合發(fā)展，更多更好的抗干擾措施在實際工作中應(yīng)用，我們相信控制系統(tǒng)的可靠性會有更大的提高。

[1]馮衛(wèi)民.論電廠熱力系統(tǒng)干擾源及解決措施.《科技資訊》,2008年27期.