电厂DCS系统接地可靠性的探讨

电厂DCS系统接地可靠性的探讨冀树春来源：本站原创点击数：2093更新时间：2008-11-2223:28:04冀树春（神华亿利能源有限责任公司电厂）摘要：DCS系统的可靠接地，是保证电厂DCS安全、稳定运行的首要条件。根据对几个电厂DCS系统接地安装、调试和运行维护等的现场经验，对DCS系统的接地进行探讨和简要总结。关键词：接地接地分析接地方法1前言随着电力工业的迅速发展和热工自动化水平的提高，分散控制系统(DCS)已在国内各电厂中得到广泛应用。而DCS系统合理、可靠的接地非常重要。为了保证DCS系统的监控精度和安全、稳定运行，必须对DCS系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地极选择等方面，进行认真设计和统筹考虑。2DCS系统接地的重要意义所谓接地就是将电路、单元与充作信号公共参考点的一等位点或等位面实现低阻抗连接。接地系统能否符合规程要求，主要指标是接地电阻大小，DCS系统接地电阻要求小于4Ω。DCS系统接地，一是为了保证当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地。二是接地系统能够为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）。当接地系统发生问题时(接地电阻过大，多点接地，接地线断线或接地线与高电压、大电流设备相接触等)，会造成设备损坏，甚至人身伤害。据了解，有些电厂DCS系统经常“死机”(或不明原因的“死机”)和监控信号波动，大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。因此，完善、可靠、正确的接地，是DCS系统能够安全、可靠、稳定运行的关键。3DCS系统接地分类为了正确接地，必须正确处理各种不同信号的接地。在DCS系统中，大致可分为以下几种地线；1、数字地：这种地也叫逻辑地，是各种开关量（数字量）信号的零电位。2、模拟地：这种地是各种模拟量信号的零电位。3、系统地：系统地主要是保证基准电压。4、信号地：这种地通常为传感器的地。5、交流地：交流供电电源的地线，这种地线通常是产生噪声的地。6、直流地：直流供电电源的地。7、屏蔽地：（也叫机壳地）为防止静电感应和磁场感应而设。4DCS系统接地原则DCS单独设置接地网时，专用接地网周围不允许有大型电力设备的接地极;DCS不设置专用接地网而利用全厂公用接地网时，DCS的接地极(体)也应远离大型电力设备的接地极(体)。根据接地性质、系统差异和接地线处理等情况，接地有下面几种原则。4.1一点接地和多点接地一般低频电路应一点接地，高频电路应就近多点接地。继电保护和自动装置采用两点接地。在低频电路中，布线和元件间的电感不是大问题，而接地形成的环路的干扰影响很大。因此常以一点作为接地点。但一点接地不适用于高频，地线上具有电感而增加了地线阻抗；同时各地线之间又产生电感耦合。一般来说，频率在1MHz以下可用一点接地，高于10MHz时，采用多点接地，在1MHz到10MHz之间可用一点接地，也可采取多点接地；通常DCS系统采用一点接地。这就证明部分人员的认识误区：DCS接地与继电保护接地规则矛盾，即DCS要求一点接地，但继电保护要求在现场两点接地，当电气量进入DCS时，两种规定冲突的错误说法。4.2交流地与信号地不能共用由于在一段电源地线的两点间会有数毫伏、甚至几伏电压，对低电平信号电路来说，这是一个非常严重的干扰，必须加以隔截和防止，以免保护误动，引起机组跳闸。有一电厂1＃机组DCS系统DPU4机柜接地线松动，造成锅炉MFT动作。因为DPU4机柜接地线松动，现场的交流干扰信号，将由于接地线的松动而不能消除，直接叠加在DPU4机柜DI输入端子上。正常情况下，当输入端子的电压为12V时，DI输入为0；当输入端子的电压低于7.2V时，DI输入即为1。由此可见，当机柜受到交流干扰而又不能消除时，机柜所有输入信号端子电压将随交流信号的变化升高或降低，所以DPU4机柜的DI输入有可能同时变为“0或“1。而DPU1、DPU2、DPU3机柜的接地是通过机柜DPU4机柜的接地接到DCS系统接地的汇流铜牌后接入电气接地网，如下图示。所以，由于DPU4机柜接地线松动，造成DPU1/DPU2/DPU3机柜接地网脱离。这样，当机柜受到交流干扰，又不能及时消除，致使控制器的锅炉风机停运状态置“1”，引起锅炉MFU动作。某电厂3＃机组炉侧再热器温度经常比机侧主汽温度高10～15℃，通过校验热电偶没有问题，检查补偿导线未接地、回路正常，DCS系统卡件通道用标准信号源测试无异常，每次解开线测热电偶输出毫伏值后，再接好线就显示正常，而把线槽盖等恢复后或隔一段时间显示又发生异常。通过进一步检查，发现热电偶的屏蔽层与机柜控制器电源线的一根芯短路，正好这根备用芯在与机柜相邻的电源柜侧接地了。把此根线浮空后，温度显示正常。所以，在DCS系统的主机与控制站相连时，当发生低电平信号干扰时，应先检查控制系统的信号公共端与主机的电源地的电位差。4.3浮地与接地的比较全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来，这种方法简单，但整个系统与大地的绝缘电阻不能小于50MΩ。这种方法具有一定的抗干扰能力，但一旦绝缘下降就会带来干扰。还有一种方法，就是将机壳接地，其他部分浮空。这种方法抗干扰能力强，安全可靠，但实现起来比较复杂。通常现场显示仪表采用机壳接地，如振动表、转速表、分析仪表等；DCS系统以接大地为好。4.4模拟地模拟地的接法十分重要。为了提高抗干扰能力，对于模拟信号可采用屏蔽浮地技术。可是，一般模拟量模件的公共端即直流24伏的负端接至逻辑地汇流排上，逻辑地汇流排接至屏蔽地，再接入总接地汇流排。某电厂2＃机组零转速和轴承振动经常波动。经检查发现，安装单位习惯性地把零转速和轴承振动屏蔽线接到TSI机柜的接地螺栓后接地。解决方法是将TSI系统的零转速和轴承振动屏蔽线在接地端子排出来汇集后，接TSI系统卡件的机箱接地罗拴上，信号波动消除。4.5屏蔽地在DCS系统中为了减少信号中电容耦合噪声，准确检测和控制，对信号采用屏蔽措施是十分必要的。根据屏蔽目地的不同，屏蔽地的接法也不一样。根据有关技术规定要求，DCS系统信号电缆的屏蔽层不得浮空，必须接地。电场屏蔽解决分布电容问题,一般接大地。电磁场屏蔽主要避免雷达、电台，这种调频电磁场辐射干扰，利用低阻金属材料高导流而制成，可接大地。磁气屏蔽防止磁铁、电机、变压器、线圈等磁感应、磁耦合其屏蔽方法是用高导磁材料使磁路闭合，一般接大地为好。当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地；因为如果电缆的屏蔽层接地点有一个以上时，将产生噪声电流，形成噪声干扰源。当一个电路有一个不接地的信号源与系统的放大器相连时，输入地屏蔽应接至放大器的公共端；相反，当接地的信号源与系统中不接地的放大器相连时，输入线的屏蔽层也应接到信号源的公共端。4.6系统地保护地和屏蔽地经汇流排共同接至系统地上,再系统地接地铜排接到大地上。5DCS系统接地方法DCS系统接地主要有两种方法，一种是保护地，另一种是工作地（逻辑地、屏蔽地等）。5.1集中布置的DCS设备接地方法5.2分散布置的DCS设备接地方法分散布置的DCS系统，其设备之间的连接一般是网络（通讯）线，例如：现场控制站分散到现场，而操作员站位于不同的控制室，分散直径在500米的范围内，各站点间使用多模光纤或5类双绞线或DP屏蔽双绞线等连接。1）使用光纤连接的站点：各站点内的接地方法同集中布置的DCS设备。2）使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线连接的站点：A控制室的各类地线先连接到公共连接板，公共连接板通过接地总干线与公共接地极相连。从公共接地极看过去，整个接地网络是一个星型结构。B使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线两头通过网络浪涌保护设备（信号避雷器,通流量不小于5KA）与DCS的SWITCH、HUB、REPEAT或其他网络设备相连。两边的站点有各自的公共接地极，二者不必有金属连接，各站点的接地方法同集中布置的DCS设备。5类双绞线或DP屏蔽双绞线必须穿镀锌钢管或金属桥架敷设，钢管或桥架必须可靠接地。当雷击，或者电气事故造成两边地电位差过大时，信号避雷器可以保护两边的设备。5.3计算机监控系统或DCS控制系统信号电缆的金属屏蔽层接地方法DCS系统信号电缆的选择与敷设，应严格按照有关规定执行。屏蔽电缆的屏蔽层应按要求进行接地。为了提高DCS系统的抗干扰能力，DCS系统开关量输入/输出信号，选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆还是比较恰当的。一般计算机监控系统或DCS控制系统的模拟信号回路控制电缆屏蔽层，不得构成两点或多点接地，宜用集中式一点接地。当电磁感应的干扰较大，宜采用两点接地；静电感应的干扰较大，可用一点接地。具体接地方式应符合下列规定：1）当信号源浮空时，屏蔽层应在DCS机柜侧接地；2）当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地；3）当放大器浮空时，屏蔽层的一端与屏蔽罩相连，另一端宜接共模地(即当信号源接地时，接信号地。当信号源浮空时，接现场地)。4）当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时，应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。5）双重屏蔽或复合式总屏蔽，宜对内、外屏蔽分用一点，两点接地。6在接地系统中，常见问题和注意事项6.1常见问题1)连接头未压焊或焊接不牢造成虚焊。2)螺栓连接点因震动而引起松动。3)连接点因腐蚀引起接触不良。4)接地极电阻增大，接地极同电网断开。5)地线布线不合理。6.2注意事项由于不同型式的DCS系统对接地要求不尽不同,所以测试内容和方法也有差异,具体测试方法和内容应按DCS系统制造商或相应的有关规定进行。但对DCS系统接地检查，一般应从以下方面进行：1)DCS系统机柜外壳是否与建筑物钢筋直接相连，机柜外壳、电源地、屏蔽地和逻辑地应分别接到机柜各地线上，并将各机柜相应地线连接后，再用两根铜芯电缆引至接地极(体)。2)地线与地极连接点应采用焊接方式，焊接点无断裂、虚焊、腐蚀；机柜间地线可采用螺栓固定方式，要求垫片和螺栓紧固，无锈蚀。3)DCS系统的主机与控制站相连时，控制系统的信号公共端与主机的电源地的电位差是否符合要求。I/O柜的电源地与UPS的电源地必须接至同一个地，保证等电位。4)接地地极无松动，接地电阻应符合要求。5)从机柜的汇流铜排到电气的整个接地系统接地电阻应符合接地电阻要求。6).输入、输出信号屏蔽线应符合单端接地要求。参考资料：1.《石油化工仪表接地设计规范》2.《DCS系统电缆布线规范》3.《火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定》4.《火电厂电子计算机监视系统在线验收暂行规定》5.《电力建设施工及验收技术规范第5部分-热工仪表及控制装置》作者：冀树春，神华亿利能源有限责任公司电厂；单位地址：内蒙古鄂尔多斯达拉特旗亿利化学工业园区，邮编：014300，电话：[e-mail]