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DCS

DCS系统的抗干扰要求研究

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  2018年01月25日  

  摘要:制约电厂DCS系统安全、稳定、可靠运行的重要干扰因素是电源供应、信号归类及电缆敷设、接地系统的 设计、施工及维护问题;通过分析DCS对电源、信号、接地的抗干扰要求,结合工程设计经验,阐述了这三方面的抗干扰设计方案,提出了施工及维护中的一些注意事项以供项目参考。

  关键词:中小型火力发电厂;DCS;抗干扰;接地

  1 引言

  分散控制系统(DCS)已在大型火力发电厂广泛应用,并取得诸多经验;对于中小型的企业自备火电厂或区域热电厂,DCS系统的应用正在逐步推广,但其设计、施工及维护经验 尚有欠缺,需要不断摸索和总结。

  其DCS系统面临的重要问题之一就是如何有效地抑制干扰,提高控制系统的安全性、稳定性与可靠性,由于技术储 备不够完善和人员运行经验欠缺,中小型火电厂更应重视此 点。电源稳定供应、信号正确分类及电缆合理敷设、接地有效 实施作为抑制干扰、提高系统可靠性的有效方法,值得广泛探讨与研究。

  通过分析中小型火发厂DCS系统对电源、信号、接地的抗干扰要求,结合工程经验,阐述了这三方面的抗干扰设计方 案,提出了施工及维护中的一些注意事项,供项目设计、施工 以及维护参考,以便实现DCS的有效投入,保证电厂安全稳 定运行。

  2 DCS系统抗干扰要求

  为提高电厂DCS系统的测量水平和控制精度,保证控制 系统的安全、稳定、可靠运行,热控专业在设计、施工、维护阶段必须合理考虑DCS系统在电源、信号、接地方面的抗干扰要求。

  2.1 电源要求

  电源安全性是任何供电系统必须满足的最基本条件。首先在前期设计中在没选择电源和开关型号时,充分考虑所有设备最大工作电流,并留出足够余量,方便日后增加设备。其次在选择电源线路时,不仅要求根据电流容量选择合适线径,而 且要求有足够机械强度,具有防腐性,并且能够阻燃。

  电源可靠性和连续性是DCS稳定运行的前提。DCS供电 系统除给DCS供电外,不应再接入其他系统和设备,如果无 法实现独立电源,那么可以通过加装电源隔离装置的方法(常 用UPS不间断电源)来实现。供电电源应有两路电源供电,一路应采用交流不问断电源(UPS),另一路来自厂用低压工 作段电源。两路电源宜设自动电源切投装置,切投时间应确保 不影响控制系统的运行。任何一路电源失去或故障不应引起控 制系统任何部分的故障、数据丢失或异常动作;任何一路电源 失去都应在控制系统获得报警。

  2.2信号要求

  DCS的输入、输出信号线是干扰信号进入DCS的途径之一,一般来说信号越弱受干扰的影响越大。首先应对信号分类 如下:

 ?、買类信号:热电阻信号、热电偶信号、毫伏信号、应变信号等低电平信号。

 ?、冖蚶嘈藕牛?~5 V、1~5 V、4~20 mA、0~10 mA模 拟量输入信号;4~20 mA、0~10 mA模拟量输出信号;电平型/触点型开关量输入信号;脉冲量输入信号;24VDC小于50 mA的阻性负载开关量输出信号。

 ?、邰罄嘈藕牛?4V~48VDC感性负载或电流大于50 mA 的阻性负载的开关量输出信号。

 ?、堍衾嘈藕牛?10VAC或220VAC开关量输出信号,此类信号的馈线可视作电源线处理布线的问题。

  其中,I类信号很容易被干扰,Ⅱ类信号容易被干扰,而Ⅲ和Ⅳ类信号在开关动作瞬间会成为强烈的干扰源,通过空间环境干扰附近的信号线。

  为了有效减小各个信号之间的干扰,不同类型的信号电缆与DCS相连时,信号电缆的设计和布置应满足以下原则:

 ?、俣杂贗类信号电缆,最好采用屏蔽双绞电缆。

 ?、诙杂冖蚶嘈藕?,尽可能采用屏蔽电缆,其中Ⅱ类信号中用于控制、联锁的模入/模出信号、开入信号,必须采用屏蔽 电缆。

 ?、鄱杂冖衾嘈藕叛辖隝、Ⅱ类信号捆在一起走线,应作为220 V电源线处理,与电源电缆一起走线,有条件时建议采 用屏蔽双绞电缆。

 ?、芏杂冖罄嘈藕?,允许与220 V电源线一起走线(即与Ⅳ类信号相同),也可以与I、Ⅱ类信号一起走线。但在后者情 况下Ⅲ类信号必须采用屏蔽电缆,最好为屏蔽双绞电缆,且与 I、Ⅱ类信号电缆相距15cm以上。

 ?、萜帘蔚缋碌钠帘尾惚匦胫挥幸坏憬拥?,并且要接地 良好。

 ?、蘧越勾蠊β实目亓渴涑鲂藕畔?、电源线、动力线等电缆与直接进入DCS系统的I、Ⅱ类信号电缆并行捆绑。

 ?、呔越共捎靡桓嘈镜缋轮械牟糠菪鞠哂糜诖銲类 或Ⅱ类的信号,另外部分芯线用于传输Ⅲ类或Ⅳ类信号。

 ?、嘌辖恍藕诺募感鞠叻植荚诓煌募柑醯缋轮?如三线制的热电阻)。

  2.3接地要求

  接地给整个系统提供一个统一的、公共的、以大地为零的 基准电压参考点。当供电或设备出现故障时,通过有效的接地 系统承受过载电流,并迅速传至大地,保证人员和设备的安 全。此外,接地系统还为DCS设备提供屏蔽、消除干扰。Dcs系统具有2种接地方式:?;そ拥睾凸ぷ鹘拥?逻 辑接地、屏蔽接地及本安接地)。①?;そ拥?CG):为了防止设备外壳的静电荷积累、避 免造成人身伤害而采取的?;ご胧?。②系统接地:使DCS信号建立一个基准点,该基准点接 地是为了使基准点保持较稳定的电位,以保证信号传输的可靠 性和准确性。③屏蔽接地(AG):也叫模拟接地,它可把现场信号传输 时所受到的干扰屏蔽掉,以提高信号精度。④本安接地:齐纳安全栅专设的接地。当本安回路电流、电压过大,安全栅的保险丝熔断,限制危险区域点火源的能 量,实现本安?;?。

  DCS接地系统,由接地连接和接地装置两部分组成。接地连接包括不同性质的接地连线、接地汇流排、接地分干线、接地汇总板和接地干线等;接地装置包括总接地板、接地总干线和接地极等。

  为了合理设计DCS接地系统,需要引入连接电阻、对地电阻和接地电阻的概念。连接电阻:从设备的接地端子到总接地板之间导体及连接点电阻的总和;接地极对地电阻:接地极的电位与通过接地极流人大地的电流之比;接地电阻:是指接 地极对地电阻和总接地板、接地总干线及接地总干线两端的连接电阻之和。

  目前,各DCS厂家对接地系统有着不同的要求,但差别主要在于接地电阻值的要求和接地系统是否完全独立等。如:Honeywell公司的TPS系统要求接地系统的接地电阻为O.4~ 5Ω,若无本安齐纳安全栅时接地电阻小于5Ω即可;西屋公司和ABB公司的DCS均要求接地电阻小于1Ω;和利时公司的DCS要求,当厂区电气接地网接地电阻小于等于4Ω时,DCS接地网可直接接人厂区电气接地网。

  针对DCS厂家不同要求和行业规范规定不一致的情况,结合工程项目实际经验,DCS接地系统的设计与施工建议如下考虑:

 ?、俚钡绯У缙拥赝拥氐缱琛?Ω时,可将DCs总接地板以单点方式接至电气接地网,DCS系统接地点与电气接地极距离不小于5Ω,与防雷接地系统接地极距离不小于10Ω。

 ?、诘钡绯У缙拥赝拥氐缱柚到洗蠡駾CS厂家有特殊要求时,应独立设置DCS接地系统,接地电阻应小于O.5Ω或按DCS厂家要求确定。

 ?、郾景财肽尚桶踩そ拥叵低?,宜独立设置,接地电阻小于1Ω,接地总干线的连接电阻小于0.1Ω。本安接地极宜保持独立,且与电厂电气接地网或其他仪表系统接地网之间的距离不宜小于5Ω。

  参考文献:

  [1]陈波,丁永君,陈小强.浙江火电厂Dcs系统接地现状分析及建议[J].浙江电力,z008,(1):51—54.

  [2]张桢,牛玉刚.DCS与现场总线综述[J].电气自动化,2013,(01):4-6+46.

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