DCS系統信號干擾及防范措施

摘 要：目前電力工業生產中分散控制系統（DCS）的穩定對電廠的安全穩定運行起到舉足輕重的作用，DCS的控制功能涵蓋了電廠的模擬量控制系統、順序控制系統、爐膛安全監控系統、外圍的輔控系統等等。

關鍵詞：DCS；抗干擾；措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.119

0 前言

由DCS系統重要保護信號受干擾造成機組非停和引風機跳閘兩期事件為基礎，介紹了DCS系統信號干擾信號產生的原因，提出了機組防范干擾信號的措施，為相似工程提供了借鑒。

1 DCS系統信號干擾引起機組非停

某廠一次機組非停，跳閘首出為“給水壓力低低”，查看機組運行參數發現在非停事故前2s內機組重要參數出現劇烈波動的現象，可見機組各參數受到較強干擾。

由于以上波動的信號分布在不同機柜和不同卡件上，對DCS 進行了檢查。由于大范圍的信號波動來自不同的機柜和模件處，檢修人員首先對機組DCS系統進行了全面檢查。分別排查了模件通道，DCS系統機柜接地，接地引線和地網的電阻值，DCS系統內部24V直流電源等等，均為發現異常。由于大幅度波動信號主要集中在給水流量和給水壓力出，現場排查了各測點的變送器，信號電纜絕緣、接地均無異常。用標準信號發生器在現場加信號傳輸到DCS處，發現DCS顯示依然存在波動，可判斷信號在傳輸過程中受到強干擾?，F場檢查發現在DCS信號出現劇烈波動的時段，鍋爐側檢修人員在進行電焊作業，且電焊用工作電源來自檢修380V電源，因此初步判斷電焊機在工作時電源干擾，且電源干擾以電磁波的方式串入到DCS信號的測量回路中。為驗證判斷的正確性，在保證機組安全運行的基礎上，做好充足的安全措施后，電焊機開始作業時，用示波器對電源信號進行記錄，電焊機開始作業，DCS測量信號又出現劇烈波動，且示波器檢測到有高頻諧波分量。斷開電焊機檢修電源后，DCS測量信號恢復正常。由此判斷電焊機工作對檢修段母線電源造成了諧波干擾。

2 風機軸承溫度信號受干擾引起風機跳閘

某電廠調試期間，兩側引風機正常運行，期間引風機B在無任何征兆的情況下突然跳閘。查看歷史追憶，跳閘首出為引風機軸承溫度高，且歷史曲線顯示三個軸承溫度同時大幅度跳變，達到保護定值。由于該保護邏輯為模擬量判斷后三取二，并非單點保護，因此邏輯中未設計速率變化保護。因此三個溫度點同時跳變，達到跳閘值，導致引風機B停運。

由歷史曲線可看到三個軸承溫度同時出現大幅度波動，但根據設備正常運行工況分析引風機軸承溫度出現大幅度波動的可能性不大，基本判斷三個溫度點收到干擾。進一步排查三個溫度點的信號電纜，發現三個溫度測點信號由現場傳輸到DCS柜的電纜用同一根16芯電纜，該信號電纜在DCS側屏蔽線浮空，在現場端子排處屏蔽線已接地，以此避免了兩端接地造成共模干擾的可能性。為進一步查找原因，排除干擾源，在做好相關保護措施后，檢修人員用對講機在DCS模件處和現場接線端子排出模擬射頻干擾源，均未發生溫度點大幅度波動。

對三個溫度測點進行拆線檢查，發現現場接線端子盒處的屏蔽線有毛刺穿透到金屬電纜套管，檢修人員對電纜屏蔽層進行處理，將屏蔽線接地移至DCS側，解除現場側屏蔽層接地。處理后恢復溫度高高跳風機保護，運行多日，三個溫度測點均顯示正常，未發生溫度點大幅度波動的現象。

3 信號干擾產生的原因

對于DCS系統來說，干擾信號的來源主要是電氣設備、通訊網絡、雷電等引起的輻射干擾和接地、電源線、信號線引起的系統引線干擾。這些與DCS信號無關的信號疊加或串入到DCS信號后，會對DCS采集的信號產生較強干擾，DCS信號會出現大幅度波動。由于DCS系統采集的信號大多為微弱的電信號，并且還需要經過從現場到控制系統的長距離傳輸，因此現場設備中的諸如高壓電氣設備產生較強的電磁場及電磁波輻射，馬達設備產生的強磁場都會以不同途徑和方式串入到DCS系統中。

4 提高DCS 抗干擾能力

4.1 做好干擾信號隔離措施

一般DCS系統采集的模擬量信號必須使用帶屏蔽的雙絞線，以提高抗高頻脈沖信號的干擾能力，且模擬量信號電纜不能與其他類型的電纜在同一槽盒走線，應單獨使用電纜槽盒和電纜套管。開關量信號電纜最好也采用帶屏蔽的雙絞線，提高對低頻脈沖信號的抗干擾能力，且不可與動力電纜及大負載信號線平行走線。由此可見在DCS信號電纜走線的過程中需將不同類型的信號線隔離鋪設，特別是動力電纜與信號電纜應隔離在不同的槽盒。相似類型的信號電纜若在同一槽盒，需用隔板將不同的電纜隔離。

4.2 DCS系統的可靠接地

在DCS系統中，接地是抑制噪聲和防止干擾的主要方法。接地的作用總的來說只有兩種：一是保護人員和設備不受損害叫保護接地；二是抑制干擾叫屏蔽（工作）接地。接地的含義可以理解為一個等電位點或等電位面，它是電路或系統的基準電位，但不一定為大地電位。保護地線必須在大地電位上，信號地線依據設計要求可以是大地電位，也可以不是大地電位。

保護接地是將DCS中平時不帶電的金屬部分（機柜外殼，操作臺外殼等與地之間形成良好的導電連接，使機殼和地等電位，以保護設備和人身安全。屏蔽地把現場信號傳輸時所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號精度。DCS系統中信號電纜的屏蔽層應做屏蔽接地。線纜屏蔽層必須一端接地，防止形成閉合回路干擾。

4.3 系統冗余配置

在實際的工程應用中，DCS系統出了提高硬件設備的品質，還從系統的配置方面進行考慮。在DCS系統的使用過程中，系統及重要保護測點難免會出現一些故障，為使故障分散開來，重要配置如DCS系統網絡、電源、控制器、通訊都采用了冗余配置，很大程度上提高了DCS系統的可靠性。

另外，機組運行過程中的重要保護測點如爐膛壓力、汽機轉速、汽包水位、給水流量、凝汽器真空、重要輔機的跳閘測點及相關邏輯應采用三重冗余方式配置。對某些帶有保護的單點溫度測點，在邏輯中應設置慢信號保護，防止干擾信號造成溫度測點的飛升。

參考文獻：

[1]周倩，魯學農等.火電廠DCS 系統信號抗干擾研究及實例[J].中國電力，2012，30（04）：65-67.

作者簡介：呂強，男，助理工程師，主要從事電廠自動化及主機保護工作。