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2020OEM機械設計技術研討會云會議
DCS

DCS系統的抗干擾要求研究

  2018年01月25日  

  摘要:制約電廠DCS系統安全、穩定、可靠運行的重要干擾因素是電源供應、信號歸類及電纜敷設、接地系統的 設計、施工及維護問題;通過分析DCS對電源、信號、接地的抗干擾要求,結合工程設計經驗,闡述了這三方面的抗干擾設計方案,提出了施工及維護中的一些注意事項以供項目參考。

  關鍵詞:中小型火力發電廠;DCS;抗干擾;接地

  1 引言

  分散控制系統(DCS)已在大型火力發電廠廣泛應用,并取得諸多經驗;對于中小型的企業自備火電廠或區域熱電廠,DCS系統的應用正在逐步推廣,但其設計、施工及維護經驗 尚有欠缺,需要不斷摸索和總結。

  其DCS系統面臨的重要問題之一就是如何有效地抑制干擾,提高控制系統的安全性、穩定性與可靠性,由于技術儲 備不夠完善和人員運行經驗欠缺,中小型火電廠更應重視此 點。電源穩定供應、信號正確分類及電纜合理敷設、接地有效 實施作為抑制干擾、提高系統可靠性的有效方法,值得廣泛探討與研究。

  通過分析中小型火發廠DCS系統對電源、信號、接地的抗干擾要求,結合工程經驗,闡述了這三方面的抗干擾設計方 案,提出了施工及維護中的一些注意事項,供項目設計、施工 以及維護參考,以便實現DCS的有效投入,保證電廠安全穩 定運行。

  2 DCS系統抗干擾要求

  為提高電廠DCS系統的測量水平和控制精度,保證控制 系統的安全、穩定、可靠運行,熱控專業在設計、施工、維護階段必須合理考慮DCS系統在電源、信號、接地方面的抗干擾要求。

  2.1 電源要求

  電源安全性是任何供電系統必須滿足的最基本條件。首先在前期設計中在沒選擇電源和開關型號時,充分考慮所有設備最大工作電流,并留出足夠余量,方便日后增加設備。其次在選擇電源線路時,不僅要求根據電流容量選擇合適線徑,而 且要求有足夠機械強度,具有防腐性,并且能夠阻燃。

  電源可靠性和連續性是DCS穩定運行的前提。DCS供電 系統除給DCS供電外,不應再接入其他系統和設備,如果無 法實現獨立電源,那么可以通過加裝電源隔離裝置的方法(常 用UPS不間斷電源)來實現。供電電源應有兩路電源供電,一路應采用交流不問斷電源(UPS),另一路來自廠用低壓工 作段電源。兩路電源宜設自動電源切投裝置,切投時間應確保 不影響控制系統的運行。任何一路電源失去或故障不應引起控 制系統任何部分的故障、數據丟失或異常動作;任何一路電源 失去都應在控制系統獲得報警。

  2.2信號要求

  DCS的輸入、輸出信號線是干擾信號進入DCS的途徑之一,一般來說信號越弱受干擾的影響越大。首先應對信號分類 如下:

 ?、買類信號:熱電阻信號、熱電偶信號、毫伏信號、應變信號等低電平信號。

 ?、冖蝾愋盘枺?~5 V、1~5 V、4~20 mA、0~10 mA模 擬量輸入信號;4~20 mA、0~10 mA模擬量輸出信號;電平型/觸點型開關量輸入信號;脈沖量輸入信號;24VDC小于50 mA的阻性負載開關量輸出信號。

 ?、邰箢愋盘枺?4V~48VDC感性負載或電流大于50 mA 的阻性負載的開關量輸出信號。

 ?、堍纛愋盘枺?10VAC或220VAC開關量輸出信號,此類信號的饋線可視作電源線處理布線的問題。

  其中,I類信號很容易被干擾,Ⅱ類信號容易被干擾,而Ⅲ和Ⅳ類信號在開關動作瞬間會成為強烈的干擾源,通過空間環境干擾附近的信號線。

  為了有效減小各個信號之間的干擾,不同類型的信號電纜與DCS相連時,信號電纜的設計和布置應滿足以下原則:

 ?、賹τ贗類信號電纜,最好采用屏蔽雙絞電纜。

 ?、趯τ冖蝾愋盘?,盡可能采用屏蔽電纜,其中Ⅱ類信號中用于控制、聯鎖的模入/模出信號、開入信號,必須采用屏蔽 電纜。

 ?、蹖τ冖纛愋盘枃澜cI、Ⅱ類信號捆在一起走線,應作為220 V電源線處理,與電源電纜一起走線,有條件時建議采 用屏蔽雙絞電纜。

 ?、軐τ冖箢愋盘?,允許與220 V電源線一起走線(即與Ⅳ類信號相同),也可以與I、Ⅱ類信號一起走線。但在后者情 況下Ⅲ類信號必須采用屏蔽電纜,最好為屏蔽雙絞電纜,且與 I、Ⅱ類信號電纜相距15cm以上。

 ?、萜帘坞娎|的屏蔽層必須只有一點接地,并且要接地 良好。

 ?、藿^對禁止大功率的開關量輸出信號線、電源線、動力線等電纜與直接進入DCS系統的I、Ⅱ類信號電纜并行捆綁。

 ?、呓^對禁止采用一根多芯電纜中的部份芯線用于傳輸I類 或Ⅱ類的信號,另外部分芯線用于傳輸Ⅲ類或Ⅳ類信號。

 ?、鄧澜恍盘柕膸仔揪€分布在不同的幾條電纜中(如三線制的熱電阻)。

  2.3接地要求

  接地給整個系統提供一個統一的、公共的、以大地為零的 基準電壓參考點。當供電或設備出現故障時,通過有效的接地 系統承受過載電流,并迅速傳至大地,保證人員和設備的安 全。此外,接地系統還為DCS設備提供屏蔽、消除干擾。Dcs系統具有2種接地方式:保護接地和工作接地(邏 輯接地、屏蔽接地及本安接地)。①保護接地(CG):為了防止設備外殼的靜電荷積累、避 免造成人身傷害而采取的保護措施。②系統接地:使DCS信號建立一個基準點,該基準點接 地是為了使基準點保持較穩定的電位,以保證信號傳輸的可靠 性和準確性。③屏蔽接地(AG):也叫模擬接地,它可把現場信號傳輸 時所受到的干擾屏蔽掉,以提高信號精度。④本安接地:齊納安全柵專設的接地。當本安回路電流、電壓過大,安全柵的保險絲熔斷,限制危險區域點火源的能 量,實現本安保護。

  DCS接地系統,由接地連接和接地裝置兩部分組成。接地連接包括不同性質的接地連線、接地匯流排、接地分干線、接地匯總板和接地干線等;接地裝置包括總接地板、接地總干線和接地極等。

  為了合理設計DCS接地系統,需要引入連接電阻、對地電阻和接地電阻的概念。連接電阻:從設備的接地端子到總接地板之間導體及連接點電阻的總和;接地極對地電阻:接地極的電位與通過接地極流人大地的電流之比;接地電阻:是指接 地極對地電阻和總接地板、接地總干線及接地總干線兩端的連接電阻之和。

  目前,各DCS廠家對接地系統有著不同的要求,但差別主要在于接地電阻值的要求和接地系統是否完全獨立等。如:Honeywell公司的TPS系統要求接地系統的接地電阻為O.4~ 5Ω,若無本安齊納安全柵時接地電阻小于5Ω即可;西屋公司和ABB公司的DCS均要求接地電阻小于1Ω;和利時公司的DCS要求,當廠區電氣接地網接地電阻小于等于4Ω時,DCS接地網可直接接人廠區電氣接地網。

  針對DCS廠家不同要求和行業規范規定不一致的情況,結合工程項目實際經驗,DCS接地系統的設計與施工建議如下考慮:

 ?、佼旊姀S電氣接地網接地電阻≤4Ω時,可將DCs總接地板以單點方式接至電氣接地網,DCS系統接地點與電氣接地極距離不小于5Ω,與防雷接地系統接地極距離不小于10Ω。

 ?、诋旊姀S電氣接地網接地電阻值較大或DCS廠家有特殊要求時,應獨立設置DCS接地系統,接地電阻應小于O.5Ω或按DCS廠家要求確定。

 ?、郾景昌R納型安全柵接地系統,宜獨立設置,接地電阻小于1Ω,接地總干線的連接電阻小于0.1Ω。本安接地極宜保持獨立,且與電廠電氣接地網或其他儀表系統接地網之間的距離不宜小于5Ω。

  參考文獻:

  [1]陳波,丁永君,陳小強.浙江火電廠Dcs系統接地現狀分析及建議[J].浙江電力,z008,(1):51—54.

  [2]張楨,牛玉剛.DCS與現場總線綜述[J].電氣自動化,2013,(01):4-6+46.

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