對(duì)電廠熱控系統(tǒng)常見問題的分析

蔡 健

(廣東紅海灣發(fā)電有限公司，廣東 汕尾 516623)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，D C S、P L C等控制系統(tǒng)在發(fā)電廠中得到廣范應(yīng)用，發(fā)電廠熱力過程控制的穩(wěn)定性和可靠性也有了很大的提高。但是一些外部因素常導(dǎo)致控制系統(tǒng)運(yùn)算錯(cuò)誤,信號(hào)顯示不準(zhǔn)確,甚至保護(hù)誤動(dòng)。為此,一方面我們要求提高硬件設(shè)備抗干擾性能。另一方面我們要在設(shè)計(jì)、施工和日常維護(hù)中加強(qiáng)管理,從多方面來提高系統(tǒng)抗干擾能力。

1 干擾的分類和原理

熱控系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜。被測(cè)量一般被轉(zhuǎn)換成微弱的低電壓、低電流信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸。難免在信號(hào)采集和傳輸中出現(xiàn)一些與被測(cè)信號(hào)無關(guān)的電壓或電流信號(hào),這種無關(guān)的電壓或電流信號(hào)稱為干擾。干擾的類型我們通常按照產(chǎn)生的原因、模式和波形分為三類：按照產(chǎn)生原因分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按照波形性質(zhì)分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按照干擾信號(hào)對(duì)有用信號(hào)作用的方式分為共模干擾和差模干擾(電磁干擾),這是我們常見的,也是本文討論重點(diǎn)。共模干擾是指系統(tǒng)輸入端相對(duì)與參考點(diǎn)(地)共有的干擾電壓信號(hào),是在信號(hào)線上共有的干擾信號(hào),是由于信號(hào)的接地端對(duì)控制系統(tǒng)接地端存在一定的電位差引起的(如下圖1所示)。

從圖1中可以看出,系統(tǒng)信號(hào)接受端A B對(duì)系統(tǒng)地的電壓分別為U s+U c m和U c m,U c m是A、B對(duì)地共有的電壓,是共模電壓。U c m可以是直流,也可以是交流,取決于現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生干擾的環(huán)境;另外通過靜電耦合的方式也可能在信號(hào)兩輸入端感應(yīng)出對(duì)地的共同電壓。差模干擾是指與有效輸入信號(hào)串聯(lián)迭加的干擾。如圖2所示。

差模干擾主要是由內(nèi)部干擾和電磁耦合引入的外部干擾。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)D C S系統(tǒng)、信號(hào)電纜及測(cè)量設(shè)備處于強(qiáng)電設(shè)備產(chǎn)生的很強(qiáng)的交變磁場(chǎng)中,這個(gè)交變磁場(chǎng)會(huì)在閉合的儀表回路中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電壓,直接影響到測(cè)量和控制精度。如下圖3電磁耦合干擾所示。

從圖3中可以看出,與信號(hào)線平行的干擾線中有交變電流Ia流過,有分布電容C 1和C 2耦合,就會(huì)在輸入信號(hào)回路中形成交流干擾信號(hào)U n。迭加在輸入信號(hào)U s中。

2 干擾的主要來源

干擾信號(hào)主要是有干擾源產(chǎn)生,干擾源根據(jù)產(chǎn)生原因分為內(nèi)部干擾和外部干擾。

①控制機(jī)柜內(nèi)部的干擾柜內(nèi)部的干擾主要包括機(jī)柜內(nèi)部的卡件、不合理走線、系統(tǒng)接線等因素;D C S卡件內(nèi)部元器件及電路間由于絕緣不良,造成漏電阻,形成回路,引入干擾;機(jī)柜內(nèi)部走線數(shù)量大,電纜槽合布置有限。電纜與二次線強(qiáng)電弱點(diǎn)信號(hào)沒有分開布置,產(chǎn)生交變磁場(chǎng)對(duì)模擬信號(hào)產(chǎn)生干擾;控制系統(tǒng)長期運(yùn)行,接線端子出現(xiàn)松動(dòng),在不同金屬結(jié)合部位出現(xiàn)熱電。勢(shì)和金屬腐蝕產(chǎn)生化學(xué)電勢(shì),對(duì)信號(hào)回路產(chǎn)生干擾。

②系統(tǒng)接地產(chǎn)生的干擾。控制系統(tǒng)良好的接地可以有效地抑制電磁干擾的影響。接地一般包括系統(tǒng)地、保護(hù)地、屏蔽地等。接地系統(tǒng)干擾主要是由于各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均,存在電勢(shì)差,引起環(huán)路電流。影響控制系統(tǒng)正常工作。

③信號(hào)線引入系統(tǒng)的干擾。

3 抑制干擾的措施

由于干擾產(chǎn)生十分復(fù)雜,但是干擾源產(chǎn)生的干擾信號(hào)必須通過“路”和“場(chǎng)”的途徑進(jìn)行傳播。以電路連接引入的干擾屬于“路”干擾;以電磁感應(yīng)形式引入的干擾為“場(chǎng)”干擾。要抑制干擾,就是要從“路”和“場(chǎng)”著手。

①選擇正確的接地方式,做好良好接地接地一是為了安全,二是為了抑制干,完善良好的接地是抑制干擾的有效途徑。根據(jù)減少干擾和保護(hù)人及設(shè)備安全的原則,從工程中的經(jīng)驗(yàn)顯示,盡量采用以下接地原則:即把整個(gè)系統(tǒng)分為“系統(tǒng)地”、“保護(hù)地”、“屏蔽地”,做到不混用;“三地”在最終處匯入一點(diǎn)接地,接地電阻應(yīng)小于4歐姆;機(jī)柜內(nèi)“系統(tǒng)地”和“保護(hù)地”應(yīng)該電氣隔離。

②電纜的正確選擇和施工工藝減少干擾對(duì)于不同的信號(hào)要選擇不同的電纜傳輸。現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)大致分為模擬量信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)與數(shù)據(jù)通訊信號(hào)。模擬量信號(hào)包括模入和模出信號(hào),此類信號(hào)應(yīng)使用屏蔽對(duì)絞電纜連接,信號(hào)電纜芯的截面應(yīng)大于等于lmm2。開關(guān)量信號(hào)包括開入和開出信號(hào),低電平的開關(guān)信號(hào)應(yīng)使用屏蔽對(duì)絞電纜連接,信號(hào)電纜截面應(yīng)大于等于lmm2;而高電平(或大電流)的開關(guān)量的輸入輸出信號(hào)可用一般對(duì)絞電纜(控制電纜)連接,但應(yīng)與模擬量信號(hào)、低電平開關(guān)信號(hào)分開,單獨(dú)走電纜槽。數(shù)據(jù)通訊信號(hào)電纜使用屏蔽對(duì)絞電纜。強(qiáng)弱電不能使用同一電纜。電纜敷設(shè)要求計(jì)算機(jī)的輸入輸出信號(hào)電纜應(yīng)敷設(shè)在帶蓋的電纜槽中,電纜槽道及蓋板應(yīng)保證良好接地。單根信號(hào)電纜應(yīng)穿在鋼制電纜管中敷設(shè),電纜管要保證良好接地。單根信號(hào)電纜應(yīng)穿在鋼制電纜管中敷設(shè),電纜管要保證良好接地。電纜屏蔽層宜選用銅帶屏蔽或鋁箔屏蔽。屏蔽層接地的原則為一端接地。儀表信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜交叉敷設(shè)時(shí),宜成直角;平行敷設(shè)時(shí),若動(dòng)力電纜有屏蔽層,兩者之間的距離一般為1 5 0 m m;若動(dòng)力電纜無屏蔽層,兩者之間的最小允許距離按下表1執(zhí)行。

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電纜在電纜溝內(nèi)敷設(shè)時(shí),必須嚴(yán)格按一定層次敷設(shè),自下而上分層排列的順序是:動(dòng)力電纜、控制電纜、信號(hào)電纜(屏蔽電纜)。

③良好的維護(hù)可以有效減少干擾的產(chǎn)生在D C S系統(tǒng)維護(hù)中,定期對(duì)接地電纜進(jìn)行絕緣測(cè)試,對(duì)信號(hào)電纜屏蔽層進(jìn)行對(duì)地絕緣測(cè)試、防止屏蔽層多點(diǎn)接地。加強(qiáng)對(duì)D C S控制系統(tǒng)室內(nèi)溫度濕度測(cè)試。防止機(jī)柜內(nèi)部出現(xiàn)溫度和化學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生的干擾。另外,定期對(duì)接線端子進(jìn)行緊固,減少由于接線松動(dòng)帶來的熱電勢(shì)干擾。

4 結(jié)語。

以上是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作中抗干擾的幾種基本措施,基本可以消除干擾對(duì)D C S系統(tǒng)的影響，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。熱控DCS系統(tǒng)的干擾問題是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，因此在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制干擾。隨著理論和實(shí)踐的結(jié)合發(fā)展，更多更好的抗干擾措施在實(shí)際工作中應(yīng)用，我們相信控制系統(tǒng)的可靠性會(huì)有更大的提高。

[1]馮衛(wèi)民.論電廠熱力系統(tǒng)干擾源及解決措施.《科技資訊》,2008年27期.