发电厂热工接地可靠性的探讨

【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。随着热工控制技术的发展，DCS、TSI、ETS等热工控制系统在发电厂控制中的应用越来越广泛，对保证发电厂的安全生产也起着非常重要的作用。本文结合发电厂在运行中对热工设备接地与抗干扰问题作了简要分析，并提出了一些相应解决措施。

【关键词】热工控制;干扰;接地

0.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， TSI、ETS等热工控制系统越来越多的应用于发电厂控制系统中。而DCS系统合理、可靠的接地和抗干扰能力非常重要。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。

1.DCS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。

2.DCS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。

2.1一点接地和多点接地

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。

2.2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12 V时，DI输入为0；当输入端子的电压低于7.2 V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。

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MFT动作。

2.3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。

2.4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。

2.5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。

2.6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。

3.在接地系统中的注意事项

在热工控制系统的设计、安装和调试工作中，应注意以下问题：

1）工作接地与安全接地不能相互混接，否则安全地的干扰进入信号回路，将影响热工控制系统的准确运行。

2）屏蔽接地时，屏蔽层应在计算机端单点接地，否则二点的地电位差会造成干扰进入信号回路（对热电偶回路尤其要注意）。经过中间接线箱的信号线，其屏蔽层应在接线箱端子两端跨接并对地浮空，最后在计算机端接地。

3）各种接地均应一点接入地网上，各机柜地采用放射接法接至该点，以使每种接地在系统中均能保持同一电位。

4）注意所选热工控制系统对全厂供电系统地、避雷地的要求。

总之，热工控制系统接地直接影响热工控制系统运行的可靠性与精确性，必须得到应有的重视。

4.结束语

热工控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题。而热工控制系统接地则直接影响热工控制系统运行的可靠性与精确性，必须得到应有的重视。此外，在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，以更合理有效地抑制干扰。对某些特定的干扰情况还需做具体分析，采取对症下药的方法，才能够使热工控制系统正常工作。■

【参考文献】

［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.

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