發電廠控制系統信號干擾問題分析與處理

李艾宸

（華北電力大學控制與計算機工程學院，北京 102206）

發電廠控制系統信號干擾問題分析與處理

李艾宸

（華北電力大學控制與計算機工程學院，北京 102206）

電子設備在發電廠生產中應用日漸廣泛。在發電廠的自動化控制系統運行中，由于大功率高頻設備的存在，控制設備和網絡通訊常常會受到干擾信號的影響，導致系統運行出錯，甚至設備損壞，給生產造成不必要的損失。本文主要介紹了發電廠控制系統中干擾信號的產生原因及干擾的處理方法。對電廠自動化控制系統的設計和維護有一定的借鑒意義。

信號干擾 隔離 屏蔽 接地

1 引言

隨著自動化技術在發電廠生產中應用的不斷深入，PLC、DCS以及計算機監控設備在電廠中的應用越來越普遍。由于電廠中供電環境和電磁環境的影響，導致控制回路不可避免的產生了干擾信號，導致服務器的監控數據失真，造成設備擾動，甚至導致設備誤動作，造成生產停滯，甚至設備損壞，嚴重影響了發電機組的正常運行，危及電力系統的供電安全。因此，控制系統的信號抗干擾問題已經成為電廠設計施工中的重要問題。［1］

2 干擾的產生原因

干擾廣泛存在于控制系統中。常常造成測量誤差，設備誤動，甚至導致設備直接損壞。干擾產生的原因，一是設備自身產生；二是外部設備或環境導致。

常見的外部干擾通常有如下幾種方式：

（1）電源干擾。由于供電系統中其他用電設備（尤其是可控硅整流設備）的存在，導致諧波或者其他高頻干擾信號的產生，造成干擾信號由電源引入設備，導致設備不能正常運行。

（2）電磁干擾。由于現場環境中大功率或者高頻設備的存在，產生強大的電磁干擾，導致設備運行不正常。

（3）控制線路引入的干擾。控制線路和現場設備相連，將其他設備的干擾信號直接引入控制系統。或者線路較長，由于電磁感應，導致線路自身產生干擾信號。［2］

3 常用的抗干擾措施

為了杜絕或者減小干擾信號對系統的影響，必須從設計施工階段就開始采取措施對干擾進行抑制。從源頭上消除干擾的引入或者衰減干擾信號的強度。設備自身產生干擾的情況比較少，對于這種情況，往往對設備加裝濾波器減小或消除干擾信號。下面主要介紹外部干擾信號的抑制措施。

3.1 電源干擾

對于電源干擾，一方面可以為供電系統加裝自動補償濾波裝置，消除或減弱諧波對電源的干擾。另一方面可以在控制器的電源側加裝濾波器、隔離變壓器或者UPS穩壓電源，對電源進行濾波隔離，消除電源干擾。

3.2 電磁干擾

對于電磁干擾，一方面在自動化設備安裝時，應遠離大功率高頻干擾源，以降低電磁波的干擾。由于特殊原因造成干擾源距離過近時，可以采取對干擾源或者設備加裝金屬隔離板或隔離網的措施，避免對設備的干擾。

3.3 線路引入的干擾

目前常見的干擾大都是通過線路引入的。只要采取適當地措施，大多數干擾的影響還是可以消除的。

（1）信號隔離。對于開關量信號可以在信號的輸入輸出端加裝中間繼電器，電壓電流等模擬量信號可以加裝信號隔離器，對信號進行隔離，避免干擾的引入。

（2）合理布線。電纜溝或者電纜橋架分層安裝布線，并且保證橋架可靠接地。電纜鋪設過程中，動力線、控制線和信號線應分層鋪設，應避免動力線和控制線近距離交叉平行鋪設。鋪設過程中，應避免電纜絕緣破損，導致強電引入。柜內接線端子設計過程中應保證強弱電分開排布。

（3）線路屏蔽。對于高頻大功率的動力線可以應用屏蔽電纜，并對屏蔽層接地，降低對外界的影響。對于控制線可以使用屏蔽雙絞線，對屏蔽層可靠接地，對于外界干擾源影響過于嚴重的情況，可以對控制電纜外加金屬管，并對金屬管進行多點接地，來消除干擾的影響。

（4）可靠接地。接地是抑制電磁干擾、保護工作人員的最重要最有效的措施。一方面進行保護接地，保證用電設備機座和外殼必須可靠接地，以確保工作人員和設備的安全，并防止靜電積累損壞設備。另一方面進行工作接地。對屏蔽層和設備地進行良好接地，以達到抗干擾的目的。正確可靠的接地可以很好的抑制干擾，但是如果接地不當，方式不正確，則有可能反而把干擾信號引入系統中，

3.3.1 工作接地的種類

（1）設備邏輯地，也是設備的電源地，是電子設備內部的邏輯低電平公共地。

（2）信號回路地，如變送器和開關信號的負端接地等。

（3）屏蔽層接地。信號線或者設備接地點的地。

3.3.2 接地方式

根據系統的工作頻率接地一般采用如下幾種方式：

（1）單點接地。系統的工作頻率低于1MHZ時一般采用單點接地，即把整個系統的地都接在同一個接地極上，此種方式簡單且實用，避免了系統外的其他電流經地線耦合進入系統，損壞設備。但是消耗接地材料較多，成本較高，而且隨著接地極日積月累的腐蝕，其接地阻抗會逐漸變大，影響接地效果。如今大多數的PLC和DCS控制系統大都采用這種接地方式。即在靠近控制系統位置設立接地極，所有設備靠近接地極測單端接地，而電纜的現場設備端不接地。［3］

（2）多點接地。整個系統的設備接地就近連接接地，地線比較短，比較適合高頻設備接地。采用這種接地方式，可以使電子設備的電路結構得到簡化，使接地電阻減小，地線間的雜散電感和分布電容有效減少。但這種方式對接地點的要求較高，應使接地線的分布電容和雜散電感盡可能減少，保證良好連接。

（3）混合接地。根據干擾信號的頻率不同，在地線系統內使用電容電感連接，濾去特定頻率的干擾信號。

（4）懸浮地。即設備地與大地及其他導電結構絕緣隔離，此種方式抗干擾能力強，但容易造成靜電積累。

4 結語

控制系統的抗干擾工作是電廠建設和運行中的重要任務。必須在系統的設計、施工、運行的各個環節都給予足夠的重視。干擾信號雖小，但其可能造成的損失卻很大。但是只要根據現場情況，采取合理措施，完全可以使干擾得到很好的抑制，保障設備的可靠安全運行。

［1］陸雨晴，馮麗輝.PLC、DCS、FCS在電廠中的應用研究［J］.昆明理工大學學報：理工版，2005（Z1）：25-27.

［2］西門子profibus廠家資料.

［3］王常力.現場總線與DCS的討論與實踐［J］.自動化博覽，1999（5）.

李艾宸（1987—），女，遼寧鐵嶺人，碩士在讀。