電氣及DCS系統接地安全問題探討

馮衛江

（中鐵物資集團港澳有限公司 四川成都 610053）

1 前言

我公司TRT及風機在全國已有過百套的裝置，但是與之配套的DCS卻經常性發生莫名的故障，許多原因是由DCS系統的接地引起的。隨著電力系統技術的快速發展和中國工業自動化水平的提高，DCS系統已在國內外電廠得到廣泛應用。為保證電廠DCS系統的監控精度和安全穩定運行，必須認真設計和考慮DCS系統接地方式，接地要求，信號屏蔽和接地極選擇。

2 DCS系統接地重要性

TRT余壓電壓發電裝置的DCS接地系統能否滿足設備穩定運行的要求，主要取決于接地電阻的大小。DCS系統的接地主要有以下功能。第二，具有電阻要求的接地系統可以為DCS系統提供屏蔽信號，消除電子噪聲和其他信號的干擾，并為整個DCS控制系統提供參考零電位。如果DCS接地系統發生故障時，有可能造成電廠設備損壞，后果嚴重的甚至對人體造成傷害。根據互聯網統計的數據，電廠DCS系統中經常存在設備崩潰和控制信號波動，其中大部分是由接地系統的問題引起的。因此，完美，可靠，正確的接地系統滿足規范要求是DCS系統安全，可靠，穩定運行的關鍵。

3 DCS系統接地分類

3.1 保護接地

（1）保護接地是為人身安全和電氣設備安全提供的接地。余壓發電電站（TRT）控制系統PLC柜，DCS控制臺，系統儀表柜，配電柜，繼電器柜等系統設備的金屬外殼，對于因各種原因可能導致漏電的部件，應進行保護接地。

（2）正常電壓低于36V的現場儀表可以在沒有保護接地的情況下使用。但如果儀器設備可能與高于36V的其他設備接觸，也應保護并接地。

（3）如果儀器安裝在金屬儀表板，金屬柜或金屬框架上，與其他接觸柜的電氣接地接觸良好，不再單獨進行保護接地。

3.2 工作接地

（1）自動化儀表和DCS控制系統的工作地面包括：電氣儀表信號回路接地和信號屏蔽接地。

（2）DCS系統中用隔離柵隔離的信號不用接地。隔離柵隔離了需要將輸入或輸出信號與其他電輸入或輸出信號隔離的電路。電路絕緣并與地絕緣。

（3）未隔離信號通常接地并接地到直流電源的負極。其他信號的分配基于該參考點。

（4）儀器工作接地的原理是單點接地，以避免信號在循環中產生接地的回路。但是，如果在每個電路上遇到信號源和接收儀器，則不可避免地需要接地。

3.3 本安系統接地

（1）如果系統是輸入或者輸出信號隔離的，則系統不需要特殊接地。

（2）如果系統使用齊納屏障系統，系統應接地。

（3）系統使用齊納屏障，不與儀器信號電路的地面分開。

3.4 防靜電接地

（1）安裝在DCS系統的自動化系統控制室內，應考慮防靜電接地。控制室和工作臺的靜電導電接地應采用防靜電接地。

（2）如果系統設備接地并連接到工作地，則不再需要防靜電接地。

3.5 防雷接地

（1）如果自控儀表和自動控制系統的信號線從橋外進入房間，則需要進行防雷接地連接。

（2）自控儀表和控制系統的防雷接地應與電氣專業防雷接地系統共用，但接地裝置不能與獨立安裝的防雷裝置共用。

4 DCS接地方式

（1）使用建筑物周圍的接地網作為DCS系統的接地網。

（2）為TRT發電裝置的DCS系統單獨設置一個獨立的及接地網。

（3）DCS控制系統設置專用接地網，通過連接線連接到建筑物外圍的電氣接地網。

第三種接地方法是在DCS控制系統中設置專用接地網絡，以接入建筑物電氣接地網絡系統，這與第二種接地方法一致。這種接地方法的主要缺點是：占地區域比較大，設置成本高，制作過程中使用的電纜及鋼材耗量大，而且距離控制室也有較長的距離，設備運行后，接地極及接地網后期的維護和檢修不是很方便，使用效果也不是很好。根據近年來公司下屬TRT電站的運行數據，控制室內的專用DCS接地網耗時，勞動強度大，存在許多不安全因素，運行不夠穩定。廣西盛隆冶金有限公司曾設置專屬的接地網，由于該地區土壤多以巖石沙土成分居多，接地系統通過回填、加降解阻抗劑等方法阻值達標，但是運營一段時間后，阻值嚴重偏離。因此，TRT發電機組已反復跳閘數十次，并且沒有找到具體原因。取得了良好的效果，電氣故障跳閘次數大大減少。

5 公共接地極的要求

（1）當工廠接地網的接地電阻≤4Ω時，廠區的電氣接地網可視為DCS系統的公共接地極（網）。

（2）當工廠電氣接地網的接地電阻較大或無序時，應獨立設置接地系統。

（4）接地極15m范圍內無防雷接入點，8m內高低壓電氣設備外殼無30kW以上接入點。當現場不能滿足條件時，防雷接地通過避雷器/減震器連接到公共地線的主線。焊縫的接地不應與公共接地電極及其接地網重疊。

6 DCS系統的接地原則

6.1 DCS系統設置的接地裝置

（1）操作臺、打印臺、服務器柜：設有保護地螺釘。

（2）繼電器柜、UPS柜、配電柜：設有保護地螺釘。

（3）DCS的I/O機柜：提供屏蔽接地母線和接地螺釘，系統地（+24V地）懸浮。

（4）儀表柜、手操盤臺：它有一個屏蔽接地母線和一個接地螺釘。

（5）安全柵柜：它有一個屏蔽接地母線，一個本安型接地母線和一個接地螺釘。

6.2 信號屏蔽及其接地

（1）根據有關技術規定，計算機或DCS系統信號電纜的屏蔽層不得浮動，必須接地。

（2）DCS系統信號電纜的選擇和敷設應嚴格按照有關規定進行。屏蔽電纜的屏蔽層應如上所述接地。為了提高DCS系統的抗干擾能力，更適合使用阻燃扭曲銅網屏蔽計算機電纜進行DCS系統切換輸入/輸出信號。

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7 DCS系統的接地方法

集中布置的DCS設備接地方法。對于儀表接地的分類有這種分法：

圖1

保護地：防止靜電荷積聚在設備外殼中并避免人身傷害的防護措施；Y要求：控制站內部通過導線連接到保護地，大于1.5mm2；然后使用較粗的電線大于10mm2作為機柜之間的保護接地線，將電臺相互連接。使用大于20mm2導線作為保護接地分支到保護接地青銅，最后用大于90mm2作為保護接地干線連接到整個接地系統，要求接地電阻小于4Ω；

屏蔽地：信號傳輸接收到的干擾被屏蔽，以提高信號質量，電纜的屏蔽層應屏蔽并接地；Hollysys的系統具有信號屏蔽和DP卡通信線路的接地。然后使用大于1.5mm2電線將分流器排連接到機柜中的母線，然后將其連接到大于20mm2電線的屏蔽接地青銅條。最后，大于90mm2的導體用作保護接地導體和接地連接。屏蔽地電阻要求小于4Ω；

系統地：系統主體包括24VDC的I/O設備，或5VDC工作電源地；每個系統都不同，有些可能沒有接地，例如模塊需要接地。大于1.5mm2線可以將模塊的24VDC電源負端連接到機柜外殼。

8 公司機組因接地系統故障常見問題分析及應對

8.1 問題描述

我公司自動控制系統的接地一般采用保護接地，防靜電接地和防雷接地共用接地系統。接地網接地樁采用50×50×5鍍鋅角鋼作為接地樁，間距不小于5m。距建筑物的距離不小于3m，接地電阻要求不大于1Ω。實際施工過程中，每個機組現場因為地質條件的不同，按照圖紙施工后阻值達不到設計要求，經現場收集主要出現了一下問題：

（1）儀表顯示異常：如熱電阻、軸系振動值、位移值有脈沖跳動的現象，有時超出了機組的跳機保護值。

（2）防喘振閥有自動打開的現象。

（3）AB閥及靜葉調節機構不穩定，設定值不穩定跳動，引起高爐頂壓不穩定。

（4）高爐頂壓的設定值似乎在反彈。

（5）機組因信號干擾，真空開關誤動作，引起解列。

8.2 解決問題

如果接地電阻很大，當產生系統接地故障或其他高電流時，接地電位可能會異常上升。接地系統的電位分布不均勻，局部電位超過規定的安全值，可能導致監測或控制設備發生故障或拒絕。嚴重損壞監控設備，擴大事故，造成經濟損失和社會影響。接地電阻對接地網的安全起著重要作用。如果在生產過程中遇到這個問題，應采取各種輔助減阻措施，降低接地電阻，使接地網能夠滿足安全運行的要求，保證機組和電網的安全運行。主要措施如下：

（1）根據地質資料，找出與設計手冊對應的土壤電阻率，并根據電阻率提出不同的解決方案。

（2）某些接地裝置在施工開始時是合格的，但經過一段時間的操作后，接地電阻會變大。除了上述建筑物留下的隱患之外，以下問題也值得注意。①由于接地體的腐蝕，接地體與周圍土壤之間的接觸電阻變大，特別是在山區的酸性土壤中。接地體的腐蝕非常快，這將導致一些接地體離開接地裝置。②接地引下線和接地裝置之間的連接，由于腐蝕導致大的電阻或開路；接地引下線和接地極因外力損壞而損壞。

（3）當主接地網的接地電阻不符合要求時，通常需要采取措施降低電阻。目前，常用的減阻措施包括外接地，手動減阻，深井接地，電解接地和爆破接地。各種減阻措施的分析如下。

（4）除上述方法外，增加接地網的埋深，采用爆破接地技術，自然接地體，擴大接地面積，并使用兩個水平接地網。也都有一定的可行性。根據每個項目的條件，您可以選擇適當的減阻措施。各種方法不是孤立的，可以一起工作以獲得更好的實際效果。

9 結束語

必須高度重視接地網的設計和構造。高土壤電阻率系統應根據該地區的地質和環境條件采取適當，經濟，合理，安全，可靠的輔助措施。因地制宜，綜合治理來降低接地電阻。