某電廠DCS干擾的分析及處理

【中圖分類號】TLS03.6 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672—5158（2012）08—0289-01

一、緒論

某發電有限公司#1、#2機組主控DCS控制系統自2008年6月受電、調試開始，通訊網絡經常發生噪音（NOISEBITS）突然急劇增加現象，造成網絡通訊失敗，DCS斷網現象，運行人員無法通過CRT控制熱力系統參數和設備狀態，嚴重威脅電廠安全運行。

二、某電廠設備介紹

公司一期兩臺300MWCFB機組主控DCS控制系統采用的是霍尼韋爾公司上世紀80年代產品Honeywell TPS控制系統，以同軸電纜作為網絡通訊介質。2008年5月初開始安裝、受電及調試工作。該系統具備生產過程中數據的實時采集、顯示、控制、保護和歷史數據的采集及查詢等基本功能。

三、某電廠DCS系統調試和運行過程中出現的問題

2008年6月#1、2機組主控DCS控制系統開始受電、組態及調試工作，在調試、運行過程中逐漸發現存在以下問題：自2008年9月8日至9月23起，多次發生斷網事故，最嚴重的一次發生在2011年4月，29日運行人員無法監視參數和對設備進行控制時間長達7分多鐘。

四、原因分析

1、DCS控制系統中電磁干擾的主要來源

1.1 來自空間的輻射干擾

空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復雜。若DCS系統置于所射頻場內，就回收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對DCS內部的輻射，由電路感應產生干擾；而是對DCS通信內網絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。輻射干擾與現場設備布置及設備所產生的電磁場大小，特別是頻率有關，一般通過設置屏蔽電纜和DCS局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。

1.2 來自系統外引線的干擾

主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業現場較嚴重。

（1）來自電源的干擾

DCS系統的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網內部的變化，入開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫態沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。DCS電源通常采用隔離電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。

（2）來自信號線引入的干擾

與DCS控制系統連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統總線回流，造成邏輯數據變化、誤動和死機。DCS控制系統因信號引入干擾造成I/O模件損壞數相當嚴重，由此引起系統故障的情況也很多。

（3）來自接地系統混亂時的干擾

接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使DCS系統將無法正常工作。DCS控制系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂對DCS系統的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點問存在地電位差，引起地環路電流，影響系統正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發生異常狀態如雷擊時，地線電流將更大。此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內有會出現感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統地與其它接地處理混亂，所產生的地環流就可能在地線上產生不等電位分布，影響DCS內邏輯電路和模擬電路的正常工作。DCS工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響DCS的邏輯運算和數據存貯，造成數據混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。

1.3 來自DCS系統內部的干擾

主要由系統內部元器件及電路問的相互電磁輻射產生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件問的相互不匹配使用等。這都屬于DCS制造廠對系統內部進行電磁兼容設計的內容，比較復雜，作為應用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應用實績或經過考驗的系統。

2、X公司DCS系統干擾現象及分析

2.1 統抗干擾能力差。Honeywell公司TPS控制系統網絡屬于令牌網結構，采用的是落后的同軸電纜介質，對現場電、磁干擾非常敏感。運行中，多次因為干擾造成控制器離線、網絡交換機NIM離線、板卡故障現象，嚴重時造成DCS控制系統網絡通訊中斷。

2.2 在電纜屏蔽層中串有高電壓，部分信號電纜中存在220V以上的高電壓。經過查找，發現部分信號接地線與高壓設備接地線串接在共地點上。

2.3 分電纜存在之間接頭且外部屏蔽層短接，造成屏蔽層不接地。

五、處理

1、生產過程中對DCS斷網的處理措施

1.1 各專業暫停所有操作，維持現工況，各崗位人員立即按規定分配對講機，由當班單元長統一指揮，緊急赴就地進行監視與操作，各崗位人員到位后應立即向單元長匯報并隨時匯報現場情況。需要運行值班員及時到位進行監視與操作的地點包括：汽包小室；鍋爐給水操作臺；鍋爐引風機；給水泵小機轉速及給泵出口壓力表；凝汽器就地水位計；除氧器就地水位計；#5低加出水調節門。此外，必須有專人做好根據命令要求以最快速度按既定順序就地停止鍋爐運行設備的準備。

1.2 如果部分操作員站出現斷網故障時，運行人員應從工程師站或其他無故障操作員站繼續監視機組參數，此時應停止重大操作，停止一切定期工作，如排污、吹灰等，同時迅速排除故障

1.3 如果全部操作員站故障不能操作且控制臺后立屏上的各參數表計、水位表、以及汽機DEH、MEH等尚能提供可靠的監視參數時，運行人員可通過上述表計或系統繼續加強監視汽包水位、壓力、鍋爐主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、床溫、除氧器水位、凝汽器水位等參數，同時可以用MEH微調汽包水位。

1.4 如DCS故障短時間內無法恢復正常，且后備監視儀表均不可用，機組運行安全無法保證時，接到值長緊急停機命令后，手動BT按鈕按緊急停機處理。

1.5 因為DCS故障在停機后廠用電不能自動切換時，電氣專業應該緊急就地啟動菜油發電機，保證對重要輔機的供電。汽輪機及鍋爐專業應按廠用電中斷處理，保證機組的安全停用。

2、對于DCS系統的硬件改造

2.1 對確定已經產生污染的鏈式給煤機、輸渣、斗提機、冷渣器、220VAC控制回路加裝隔離變壓器隔離干擾源。

2.2 為了避免信號電纜屏蔽層串接過來的干擾對TAP連接器的干擾，將TAP頭接地以及系統內部接地和信號電纜的屏蔽層分別接到機柜內不同的銅牌上，削弱干擾源的強度和隔離干擾源。

2.3 對模擬量信號采用模擬量信號隔離器。

2.4 對DCS接地系統進行排查，將和高壓系統串接的接地系統進行重新接線。

2.5 對DCS電纜進行核查，對屏蔽層短接的電纜進行更換。

六、機組運行水平的提升和安全經濟效益的保障分析

1、在機組出現斷網時，如果運行人員處置不當，造成的設備損壞損失將不敢想象。措施的制定為運行中DCS斷網事故的處理制定了處理思路，在幾次DCS斷網事故處理中運行人員均采用了正確的操作手段保證了機組安全。

3、機組運行經濟性能分析：按照一次非計劃停運統計直接經濟損失120-150萬元，在迎峰度夏期間一次非計劃停運直接經濟損失200---250萬。措施的合理制定、準確執行及DCS網絡的改造為公司創造了較大的經濟效益。

七、結論

公司利通過分析處理改善了DCS網絡的穩定性基本排除了設備隱患為安全生產提供了保障。減少了機組非計劃停機次數，為公司創造了較大的經濟效益。