300MW火電機組分散控制系統抗干擾能力分析

王書祺

摘 要：本文分析了某發電廠三號機組分散控制體系的結構、電源、接地，指出影響DCS的途徑，指出DCS接地網需要獨立設置，安排了一個公共接地網。第一部分描述MACSV的電源及接地；第二部分描述TN方式時接地網沖擊對DCS的影響；第三部分描述DCS的抗干擾設計；第四部分描述DCS獨立接地網的設計。最后，總結了三號機組DCS經過獨立接地網改造后所取得的效果。

關鍵詞：公共接地網；干擾；隔離

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）05-0153-02

依據DL/T 621—1997《交流電氣裝置的接地》第四點一條和GB 51069—2006《電氣安裝工程接地裝置施工及驗收規范》第三點一點一條第十五款規定，電氣設施的接地應該接到全廠公用接地網上。關于分散控制體系DCS的接地，根據DL/T 659《火力發電廠分散控制系統驗收測試規程》的規定，既可以接全廠接地網，又可以依據廠家的要求設獨立接地網。某發電廠三號機組是三百MW機組，DCS型號是XDPS-400，二零零五年投產，它的接地線接到全廠接地網。

該機組DCS自二零一二年，產生過多起不明原因的信號擾亂現象。依據干擾分離原理，設計了一個獨立接地網，把DCS的接地點從公共接地網中分離出來。

從干擾的影響機理刊，干擾是一種外部的因素，若要影作用于它的內部，它的要素不外乎起源、傳播通道、和受體。接地網變為干擾傳播通道，所以，應該把接地網分離開來。

1 MACSV的電源及接地

MACSV是以控制站作為節點的布置結構，每個站包括一個控制柜與一個端子柜，每個控制站內的額設備電源和接地結構如圖1所示。

圖1中，G1是安全地，G2是數字地，G3是屏蔽地，二十四伏電源沒有接地，使用懸空方式。

依據IEC的界定，變壓器鐵芯、外殼等與零線N和設備保護線PE共同使用一個接地點屬于TN方式。因為DCS的接地點G0接到四百伏接地網上，跟廠用的變壓器的鐵芯、外殼、零線連接，所以，是TN方式[2]。在TN方式中，當發生雷擊或工頻接地的時候，由于沖擊電流很強，接地網電位會大幅波動，并會造成二次體系的地電位響應波動。處理這一弊端的方法是對接地網完全分離，也就是電氣體系或設施的外殼單獨就近接地。DCS有一個直接接地點，電氣裝置摟在外面的導電部分接到電氣和變壓器保護接地點無關的接地設施。DCS使用TT接地方式后內外兩個體系已經沒有直接的電氣關聯，實現了分離，是非常安全的。

2 TN方式時接地網沖擊對DCS的影響

2.1 接地網沖擊對模擬回路的影響

模擬輸入信號電纜通常使用屏蔽電纜，需要屏蔽層在電腦測單端接地。由于每一根信號線都和屏蔽層之間有分布電容，當兩點接地時，帶通內的高頻干擾會通過分布電容和信號線構成通路。

2.2 接地網沖擊對開關量輸入通道的影響

開關量輸入信號包括開關位置、設備狀態等，通常來自繼電器輔助接點，而且使用光電分離。

對于DI檢測電路，即使DI接點是開路的，由于有對地分布電容，GI點的高頻干擾需在DI回路中構成瞬間導通，從而出現誤報信號。DI導線回路越長，這個現象越嚴重。

2.3 接地網沖擊對邏輯電路及網絡的影響

在MACSV中，每個DPU中控制網的小交換機使用了二十四伏電源，它的內部的五伏電源是浮地的，也就是小交換機的邏輯地是懸空的。MACSV的控制網存在脫網現象。脫網故障與接地網干擾是一種直接的關系。當邏輯電路和體系接地距離特別近的時候，由于數字地Gd和接地線GI之間的布置電容C的影響，二者之間設立頻帶內的高頻通道，有可能形成信號電壓瞬間波動。

3 DCS的抗干擾設計

3.1 TT接地方式

DCS使用TN方式時，當電氣一次體系發生雷擊、設備接地、電焊等情況時，會對二次體系產生作用，嚴重的時候，影響測量裝置。所以，二次體系等弱電裝置應該使用獨立的接地，也就是TT接地方式，在供電電源處使用隔離變壓器，GI是全廠公共接地網，G2是DCS獨立接地網，GB是分離變壓器。對于DCS獨立接地網的要求，由于二次體系本身的特征，通常不會直接產生雷擊接閃，而且二次體系供電容量特別小，不會發生一次那種大接地電流。

3.2 模擬回路的設計

采用TT接地方法之后，整個模擬信號回路還應該使用嚴格的分離和屏蔽措施，還要在電腦側一點接地。具體是，二次回路電纜的屏蔽層和現場的金屬絕緣體，在控制室內接到專用的接地網上。全部接地都按照“一點接地”的原則。

3.3 開關量回路設計

開關量回路應該采取圖2的設計，以減少外部的影響。

圖2中，連接DI干接點回路的電纜需要使用屏蔽電纜。屏蔽層、DCS機柜和設施外部、直流工作電源“零電位”需要按照“一點接地”原則接到DCS獨立接地網G2上。為進一步提升抗工頻影響效果，光耦取樣于R2兩端的分壓，而且選擇信號充電時間常數大于5ms，隔離后的數字地Gd可以懸空，也可以按照一點接地原則接到獨立接地網上。

3.4 電纜選型

為了保證DSC體系的信號的可靠性以及穩定性，在設計的時候需要準確完成電纜選型。

電纜選型時應注意：控制電纜應該選擇銅導體，使用阻燃電纜，若火災的時候還要求正常工作一段時間，需要選擇耐火電纜。電纜電線等的線芯橫截面需要按照回路的最大的允許點降壓、儀表允許的最大的外部電阻等要求來進行選擇。同一根多芯電纜中，只允許傳送相同的信號，交流供電的變送器的信號與電源不可以使用同一根多芯電纜傳送。

4 DCS獨立接地網的設計

4.1 獨立接地網的結構

接地是抗干擾系統的一個相關的技術，是DCS體系安全運行的關鍵接地系統處理得好能夠消除干擾，保證系統的可靠性，否則會出現干擾，破壞系統的安全運行。

保護接地的作用是使正常的時候不帶電的設施和儀表的金屬部分，在帶電的情況下通過很好地接地，即接地短路電流入地，這類接地，雖然都有看干擾的作用，但他的主要功能是人身和設施的安全。

屏蔽接地的作用是控制電容性耦合噪音，減少電磁干擾。這種接地通常要求接地電阻≤4，且和其他的接地之間的距離不小于5米。

4.2 接地電阻的測量

接地電阻測試儀器型號是CEOHMC，測量原理按照三線制測量原理進行。依據三線制接地電阻測量原理，測試儀中心樁和小接地網之間的路程應該達到五倍等效接地網半徑以上。所以，按接地半徑二點五米算，中心樁和測量接地體之間的距離是十二點五米，遠樁的距離是二十五米。從測量原理看，這是栓平衡電橋測量。其中是中心樁和接地體以及中心樁和遠樁之間的土壤電阻，由于中心樁和兩者之間的距離相等，所以，假設兩者之間的電阻也相同。

5 結語

三號機組DCS經過獨立接地網改造后，進行電焊沖擊試驗，沒有發生信號波動現象。說明DCS設置獨立接地網是有效的。為了提升二次體系的抗影響能力，對二次體系的電源、模擬量輸入回路、開關量輸入回路、控制回路等分別使用了相關的措施，把二次體系納入一個獨立、全程屏蔽的環境，切斷了外部干擾的傳播路徑。

參考文獻

[1]肖伯樂.我國火力發電廠自動化技術的發展以及前景展望[J].動力工程，1997，（05）：47-60+94-95.