300MW火電機組分散控制系統(tǒng)抗干擾能力分析

王書祺

摘 要：本文分析了某發(fā)電廠三號機組分散控制體系的結(jié)構(gòu)、電源、接地，指出影響DCS的途徑，指出DCS接地網(wǎng)需要獨立設(shè)置，安排了一個公共接地網(wǎng)。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(wǎng)沖擊對DCS的影響；第三部分描述DCS的抗干擾設(shè)計；第四部分描述DCS獨立接地網(wǎng)的設(shè)計。最后，總結(jié)了三號機組DCS經(jīng)過獨立接地網(wǎng)改造后所取得的效果。

關(guān)鍵詞：公共接地網(wǎng)；干擾；隔離

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

依據(jù)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(guī)范》第三點一點一條第十五款規(guī)定，電氣設(shè)施的接地應(yīng)該接到全廠公用接地網(wǎng)上。關(guān)于分散控制體系DCS的接地，根據(jù)DL/T 659《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程》的規(guī)定，既可以接全廠接地網(wǎng)，又可以依據(jù)廠家的要求設(shè)獨立接地網(wǎng)。某發(fā)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(chǎn)，它的接地線接到全廠接地網(wǎng)。

該機組DCS自二零一二年，產(chǎn)生過多起不明原因的信號擾亂現(xiàn)象。依據(jù)干擾分離原理，設(shè)計了一個獨立接地網(wǎng)，把DCS的接地點從公共接地網(wǎng)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(nèi)部，它的要素不外乎起源、傳播通道、和受體。接地網(wǎng)變?yōu)楦蓴_傳播通道，所以，應(yīng)該把接地網(wǎng)分離開來。

1 MACSV的電源及接地

MACSV是以控制站作為節(jié)點的布置結(jié)構(gòu)，每個站包括一個控制柜與一個端子柜，每個控制站內(nèi)的額設(shè)備電源和接地結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1中，G1是安全地，G2是數(shù)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(jù)IEC的界定，變壓器鐵芯、外殼等與零線N和設(shè)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(wǎng)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(dāng)發(fā)生雷擊或工頻接地的時候，由于沖擊電流很強，接地網(wǎng)電位會大幅波動，并會造成二次體系的地電位響應(yīng)波動。處理這一弊端的方法是對接地網(wǎng)完全分離，也就是電氣體系或設(shè)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(dǎo)電部分接到電氣和變壓器保護接地點無關(guān)的接地設(shè)施。DCS使用TT接地方式后內(nèi)外兩個體系已經(jīng)沒有直接的電氣關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了分離，是非常安全的。

2 TN方式時接地網(wǎng)沖擊對DCS的影響

2.1 接地網(wǎng)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(dāng)兩點接地時，帶通內(nèi)的高頻干擾會通過分布電容和信號線構(gòu)成通路。

2.2 接地網(wǎng)沖擊對開關(guān)量輸入通道的影響

開關(guān)量輸入信號包括開關(guān)位置、設(shè)備狀態(tài)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(gòu)成瞬間導(dǎo)通，從而出現(xiàn)誤報信號。DI導(dǎo)線回路越長，這個現(xiàn)象越嚴(yán)重。

2.3 接地網(wǎng)沖擊對邏輯電路及網(wǎng)絡(luò)的影響

在MACSV中，每個DPU中控制網(wǎng)的小交換機使用了二十四伏電源，它的內(nèi)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(wǎng)存在脫網(wǎng)現(xiàn)象。脫網(wǎng)故障與接地網(wǎng)干擾是一種直接的關(guān)系。當(dāng)邏輯電路和體系接地距離特別近的時候，由于數(shù)字地Gd和接地線GI之間的布置電容C的影響，二者之間設(shè)立頻帶內(nèi)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(shè)計

3.1 TT接地方式

DCS使用TN方式時，當(dāng)電氣一次體系發(fā)生雷擊、設(shè)備接地、電焊等情況時，會對二次體系產(chǎn)生作用，嚴(yán)重的時候，影響測量裝置。所以，二次體系等弱電裝置應(yīng)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(wǎng)，G2是DCS獨立接地網(wǎng)，GB是分離變壓器。對于DCS獨立接地網(wǎng)的要求，由于二次體系本身的特征，通常不會直接產(chǎn)生雷擊接閃，而且二次體系供電容量特別小，不會發(fā)生一次那種大接地電流。

3.2 模擬回路的設(shè)計

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

3.3 開關(guān)量回路設(shè)計

開關(guān)量回路應(yīng)該采取圖2的設(shè)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(shè)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(wǎng)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(shù)大于5ms，隔離后的數(shù)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(wǎng)上。

3.4 電纜選型

為了保證DSC體系的信號的可靠性以及穩(wěn)定性，在設(shè)計的時候需要準(zhǔn)確完成電纜選型。

電纜選型時應(yīng)注意：控制電纜應(yīng)該選擇銅導(dǎo)體，使用阻燃電纜，若火災(zāi)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(wǎng)的設(shè)計

4.1 獨立接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

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

保護接地的作用是使正常的時候不帶電的設(shè)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(shè)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(jù)三線制接地電阻測量原理，測試儀中心樁和小接地網(wǎng)之間的路程應(yīng)該達到五倍等效接地網(wǎng)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(shè)兩者之間的電阻也相同。

5 結(jié)語

三號機組DCS經(jīng)過獨立接地網(wǎng)改造后，進行電焊沖擊試驗，沒有發(fā)生信號波動現(xiàn)象。說明DCS設(shè)置獨立接地網(wǎng)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(guān)量輸入回路、控制回路等分別使用了相關(guān)的措施，把二次體系納入一個獨立、全程屏蔽的環(huán)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(fā)電廠自動化技術(shù)的發(fā)展以及前景展望[J].動力工程，1997，（05）：47-60+94-95.