电厂DCS系统接地现状分析

邓琪

摘要：分析讨论了电厂DCS系统接地存在的问题——接地方式不合理、防雷接地处理不当及接地施工和维护不到位，并找出解决办法和措施。

关键词：火电厂 ，DCS系统 ，接地现状

Abstract: discusses the DCS system power grounding problems-not reasonable, grounding method lightningproof grounding inappropriate handling and grounding construction and maintenance is not in place, and find out the solutions and measures.

Key words: the power plant, DCS system, grounding the status quo

中图分类号:TM621文献标识码：A文章编号：

随着电力工业的高速发展和热工自动化水平的提高，分散控制系统(DCS)对保证发电机组安全和经济运行起到了十分重要的作用。DCS系统在使用过程中由供电和接地引起的故障或异常达到70%以上[1]，所以DCS合理的系统接地,是保证电厂DCS安全，可靠运行的首要条件。目前，接地问题主要表现在：一是接地方式不合理造成DCS系统不能稳定工作——信号受干扰，数据异常[2][3]；二是防雷接地处理不当影响到DCS系统防雷效果——雷击时损坏器件[4]；三是由于施工或维护不到位造成接地不可靠，使DCS系统存在隐患或工作不正常[5][6]。本文将针对这些问题展开讨论，分析原因，并找出解决办法和措施。

1接地方式不合理症结剖析

1.1 信号电缆敷设不合理或屏蔽不当产生干扰[2][7][8]

例1，某电厂试运机组，给水泵转速控制执行器阀位反馈信号经常无规律波动。检查位置发送器正常，在测量卡件加标准信号观察信号也无波动现象。对信号电缆走向核查，发现信号电缆与电气电缆在同一槽盒内，无任何隔离措施。

例2，某电厂2号机组投产后，给煤皮带机在运行中经常跳闸。经检查，给煤皮带机变频器、DCS卡件等设备均正常。进一步检查发现控制电缆是普通KVV型电缆。

例3，某电厂3号机组调试过程中，发现一些电动阀门会自动打开或关闭。查明原因是控制信号与电源共用电缆。

例1和例3，信号电缆信号都受到电源电缆信号的干扰，是由于电缆敷设不合理造成的；例2控制电缆采用未屏蔽的电缆，不能有效防止电场、磁场耦合的干扰信号。正确的做法如下：

⒈强电电缆与弱电电缆必须分开敷设。电源电压220V以上、电流10A以下的电源电缆和信号电缆之间的距离要大于150mm；电源电压220V以上、电流10A以上的电源电缆与信号电缆之间的距离应大于600mm。若分开敷设有困难，只能放在同一桥架内，电缆之间要安装隔离板。

⒉电缆分层敷设。将不同种类的信号线分层敷设，也就是动缆、控缆分层敷设。

⒊信号线用对芯绞线代替两根平行导线抑制电磁干扰的影响。

⒋进行电气隔离。用隔离放大器将信号的输入端子与计算机部分完全隔离，如采用隔离变压器或继电器进行隔离。

⒌采用屏蔽电缆，将电场或磁场等外界干扰阻止在屏蔽层之外。信号电缆应采用总屏带分屏的计算机专用屏蔽电缆，动力电缆则采用带屏蔽功能的控制电缆。

1.2 控制信号多点接地造成系统异常[2][9]

例1，某电厂调试时风机振动检测信号跳变且信号无法归零。经检查屏蔽电缆两端接地。

例2，某电厂数量众多的热电偶的信号产生大幅跳跃。经检查，发现这些热电偶的负端都在现场接地，追查OVATION热电偶模件的结构，发现其负端在DCS侧也接地，造成测量回路的二端接地。

上述2个例子，信号线两点接地，地与地之间存在电位差，产生共模干扰现象，导致显示跳变。正确做法：

⒈除厂家有明确要求的情况，控制信号线应采用单点接地方式。

⒉单点接地时各信号线之间应采取并联方式。必须采用串联方式时，应设法使公共接地线及连接电阻尽可能小，并且要合理安排串联顺序，将抗干扰能力最弱的电路置于最靠近接地处。

1.3 DCS系统与动力设备共通接地引起系统故障[2]

某电厂2号机DCS系统后的6 kV A/B段上所有电源及负荷表计摆动。经查空气处理器C有单相接地故障，但是DCS系统、集控室、空气处理器C等均在12.6 m层，DCS系统的接地网与电厂主接地网是分离的，最后判明两接地线之间有连通。

DCS系统与动力设备之间的接地方式应首先采用单独接地，次之公共接地（即地线共接在同一接地网上），但不允许采用共通接地方式。

2防雷接地处理不当解析

2.1 错误接地线造成雷击[4][9]

某电厂脱硫系统改造后，CEMS（烟气监测系统）移到烟囱附近，为图方便将其CEMS的接地直接连接到烟囱地。结果一次雷击烧毁所有CEMS设备。

雷电入侵形式主要有2种，即直击雷和感应雷。直击雷是带电云层与大地之间发生放电现象，雷电压可达几万伏至几百万伏，瞬间电流可达十几万安。感应雷，也称间接雷，是直击雷发生后电能没有完全消散形成局部高电压，或者周围的导体感应产生高电压，而发生闪击的现象。感应雷虽无直击雷强，但影响范围更广，危害更大。上例即是直击雷被引入烟囱地线后又通过CEMS地线传导到设备上，造成设备烧毁。

2.2 防雷设施不完善造成DCS 设备损坏[4][9]

例1，某电厂4台300 MW机组遭受2次雷击，瞬间造成4台机组全部退出AGC运行方式；雷击使化学水处理系统外围的压力和温度变送器损坏10多台，化水程控模块3块，还有打印机、交换机多台。

例2，某自备电厂遭受雷击导致信息系统交换机端口损坏4块，造成管理信息系统（MIS）部分信息中断。

调查发现，上述2例均非雷击直接造成DCS控制设备损坏，而是通过将强雷电脉冲或感应雷过电压引入DCS引起模块损坏。检查发现个别露天安装表计外壳没有严格接地（以安装支架作为接地）、接地线松动及虚接地、主设备不接地及原接地线脱落等现象，这些都是引起DCS遭受雷害的诱因。

雷电入侵DCS的途径包括建筑物外侵入和建筑物内感应雷击两种。前者通过电力线、避雷针和错相位等方式破坏UPS和用电设备的电子元件，从而影响DCS供电和网络设备的运行；后者通过直击雷和雷电电磁脉冲干扰2种形式对DCS的I/O模块产生干扰或破坏。防雷措施是：

⒈控制室的防雷。将控制室的墙和钢筋、金属门窗等进行等电位联接，并与防直击雷的接地装置相联，使控制室形成一个法拉第笼，以减少雷电电磁脉冲的影响。

⒉DCS设备的防雷。关键是将DCS的接地和防雷电的接地进行等地位联接。

⑴保护接地。DCS的所有设备保护地必须连在一起，然后再与接地网相连。

⑵屏蔽地。一点接地，接地电阻小于1Ω，各机柜间的电阻也要小于1Ω。

⑶独立接地时，接地电阻小于4Ω；与电气网共地时接地电阻应小于1Ω；防雷地、电气地、DCS地共地时小于0.5Ω。

⑷以太网粗缆埋深不小于0.6m。

⑸定期对全厂接地网的完好程度、接地电阻大小等进行检测，发现问题及时整改。

⑹检查露天安装控制设备壳体、屏蔽电缆、走线槽等接地状况，严防接地线缆松动、虚接、脱落、接地电阻过大等情况的发生。

⑺安装防雷电保护器（SPD）。用途可分为电源防雷器、I/O防雷器和通信线路防雷器3种。

3接地施工和维护不到位讨论

3.1连接松动、脱焊虚焊、因腐蚀接触不良造成接地不可靠而出现异常[2][5][7]

例1，某电厂汽机与锅炉DAS控制单元中，部分温度测点在两个温度区间出现异常让运行人员无法监视。经查测点与系统通讯均正常，更换卡件也不能解决问题，最终发现某个卡件底板的接地线未接好导致信号干扰出现异常。

例2，某电厂1号机组脱硫系统的增压风机在停运时，振动信号值一直跳变，最高值超过振动保护值。查明原因是就地测量机柜的接地存在虚焊。

上述2个例子说明当螺栓连接点松动、连接头脱焊或虚焊、连接点因腐蚀引起接触不良，造成接地问题时就会出现异常。需要采取的措施是施工验收时对焊点逐个检查，连接螺栓逐个拧紧检查，对可能腐蚀的点采取防腐措施，对已经出现腐蚀的点去除腐蚀重新连接或更换元件。

3.2接地极电阻增大或接地极同电网断开造成接地故障[2][5]

某电厂1号机组运行在750 MW时，汽机3号瓦振动持续跳变。检查测量回路发现电缆的屏蔽线没有接地。

上面例子说明接地断开出现故障，解决这类故障的方法是维护时应有计划地测试接地电阻，并做好记录，排查出故障点，采取措施解决。

4 结束语

DCS系统接地看似简单，实则相当复杂，需要精心施工，耐心检查，细心维护；多观察，多总结，不断改进；才能让DCS系统稳定可靠地运行下去。

参考文献：

[1] 冯静波等. 论述DCS接地系统[J]. 黑龙江电力，2009，31（2）.

[2] 陈波等. 浙江火电厂DCS系统接地现状分析及建议[J]. 浙江电力，2008，27（1）.

[3] 赵中义. 发电厂DCS控制系统接地问题分析处理[J]. 冶金动力，2007（3）.

[4] 高天云. 雷电侵害DCS的途径及防范措施[J]. 中国电力，2005，38（5）.

[5] 冀树春. 电厂DCS系统接地可靠性的探讨[J]. 神华科技，2009，7（6）.

[6] 杨国文. 接地技术在电厂DCS控制系统上的应用[J]. 电力建设，2009，30（9）.

[7] 苗孟晓. DCS系统接地及抗干扰措施探讨[J]. 科协论坛：下半月，2011（9）.

[8] 王森等. DCS系统信号干扰与接地[J]. 科技创业月刊，2010，23（9）.

[9] 俞刚等. 嘉兴电厂热控系统接地问题分析与改进措施[J]. 浙江电力，2009，28（z1）.