發電廠DCS系統接地技術探究

謝超鋒　劉曉甫

摘??要：DCS接地系統能夠為DCS控制系統消除電子噪聲干擾，提供屏蔽保障，并為整個控制系統提供公共信號參考點，能承受過載電流并可以迅速將過載電流導入大地，是確保DCS?系統能夠安全、可靠、穩定運行的關鍵。本文針對DCS系統接地技術從分類、接地方式、接地網安裝技術要求以及接地電阻不達標時的技術處理要求和系統的抗干擾測試方法等進行了較為系統的概括和研究。

關鍵詞：DCS???接地體???屏蔽??干擾

中圖分類號：?TM645 ?????????文獻標識碼：A

前言

DCS接地系統能夠為控制系統提供屏蔽保障，消除電子噪聲干擾，并為整個控制系統提供公共信號參考點。當進入DCS系統的信號、供電電源或DCS系統設備本身出現問題時，能承受過載電流并可以迅速將過載電流導入大地，因此，完善、可靠的接地系統，是確保DCS控制系統能否安全、穩定運行的關鍵。1.DCS控制系統接地的分類（1）?保護地：?是為了防止設備外殼的靜電荷積累、避免造成人身傷害而采取的保護措施。DCS系統所有的操作員機柜、現場控制站機柜、打印機、端子柜等均應接保護地。保護地應接至廠區電氣專業接地網，接地電阻應小于4Ω。（2）?邏輯地：也叫機器邏輯地、主機電源地，是計算機內部的邏輯電平負端公共地，也是+5V等的電源輸出地。如CPU的正負5伏、正負12伏的負端，需要接入公共接地極。（3）?屏蔽地：?也叫模擬地，它可以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。

2.DCS控制系統接地方式

（1）利用電氣接地網作為DCS接地網，即與電氣接地網共地。?（2）?設置DCS系統專用獨立的接地網。（3）?設置DCS專用接地網，經接地線、再接至電氣接地網。第三種接地方式與第二種接地方式有較多相同處。過去，DCS系統曾經較多的采用專用接地網。但這種接地方式存在：占地面積太大，投資高，電纜及接地網鋼材耗量大，距廠房距離遠（因不易在廠房內找到合適的位置），管理、維護、測量及查找接地極和接地線不方便，且效果不甚良好的缺點。根據實際運行表明，設置專用的DCS接地網既困難又不安全的，目前多數電廠DCS系統改用電氣接地網接地，取得了良好的效果。

3、電氣接地網的安裝要求

電氣接地網的接地極通常采用金屬接地極和接地模塊兩種安裝方式，一般采用金屬接地極，具體要求如下：

（1）金屬接地極采用鍍鋅角鋼、鍍鋅鋼管、銅棒或銅排等金屬材料，按照設計技術要求，現場加工制作而成。

（2）圓鋼、角鋼、鋼管、銅棒、銅排等接地極應垂直埋入地下，間距不應小于5m。接地裝置頂面埋設深度不應小于0.6m，且應在凍土層以下。

（3）接地線溝的中心線距離建筑物基礎距離不小于2m。

（4）人工接地體與建筑物的外墻或基礎之間的水平距離不宜小于1m。

4.對接地極電阻達不到設計要求的處理

當接地極電阻不能達到設計要求時，可以采用降阻劑、換土和接地模塊等方法來降低接地電阻值。

采用降阻劑的技術要求：

降阻劑應為同一品牌的產品，調制降阻劑的水應無污染和雜物。

開挖溝槽或鉆孔垂直埋管，再將溝槽清理干凈，檢查接地體埋入位置后，再灌注降阻劑。

降阻劑應均勻灌注于垂直接地體周圍，接地裝置應被降阻劑包裹。

采取換土降低接地電阻的技術要求：

掌握有關的地質結構資料和地下土壤電阻率的分布，并做好記錄。

開挖溝槽，并將溝槽清理干凈，再在溝槽底部鋪設經確認合格的低電阻率土壤，經檢查鋪設厚度達到設計要求后，再安裝接地裝置;接地裝置連接完好，并完成防腐處理后，再覆蓋上一層低電阻率土壤;接地裝置應被低電阻率土壤包裹。

采用接地模塊的技術要求：

采用接地模塊降低接地電阻的施工，應先根據設計位置開挖模塊坑，并將接地干線引到模塊上，經檢查確認后，再互相焊接。

接地模塊的頂面埋深不應小于0.6m，接地模塊間距不應小于模塊長度的3-5倍。接地模塊埋設基坑宜為模塊外形尺寸的1.2-1.4倍，接地模塊應垂直或水平就位，并應與原土層接觸良好。

接地模塊應集中引線，并應采用干線將接地模塊并聯焊接成一個環路，干線材質應與模塊焊接點的材質相同，鋼制的采用熱浸鍍鋅材料的引出線不應少于兩處。

5.對公共接地網的要求（1）?當廠區電氣接地網對地分布電阻≤4Ω時，可將廠區電氣接地網當作DCS系統的公共接地極（網）。（2）?當廠區電氣接地網接地電阻較大或雜亂時，應獨立設置接地系統，即為DCS系統的公共接地極（網）。（3）接地極周圍15米內無避雷地的接入點，8米內無?30KW?以上的高低壓用電設備外殼的接入點。當現場無法滿足該條件時，防雷保護地通過避雷器/沖擊波抑制器與公共接地極的主干線相連。

（4）電焊地切勿與公共接地極及其接地網搭接在一起，二者應距離10m以上。

6.對儀控系統接地的通用要求

（1）供電電壓高于36V的現場儀表的外殼，儀表盤、柜、箱、支架、底座等正常不帶電的金屬部分，均應做保護接地。

（2）儀表及控制系統應做工作接地，工作接地應包括回路接地和屏蔽接地，以及特殊要求的本質安全電路接地，接地系統的連接方式和接地電阻值應符合設計文件規定。

（3）各儀表回路應只有一個信號回路接地點。信號回路的接地點應在顯示儀表側，當采用接地型熱電偶和檢測元件已接地的儀表時，在顯示儀表側不應再重復接地。

（4）鎧裝電纜的鎧裝兩端應進行保護接地。

（5）在中間接線箱內，主電纜分屏蔽層應用端子將對應的二次電纜屏蔽層進行連接，不同屏蔽層應分別連接并應絕緣。

（6）儀表盤、柜、箱內各回路的各類接地，應分別由各自的接地支線引至接地匯流排或接地端子板，由接地匯流排或接地端子板引出接地干線，再與接地總干線和接地極相連。各接地支線、匯流排或端子板之間在非連接處應相互絕緣。

（7）儀表及控制系統的工作接地、保護接地應共用接地裝置。

（8）儀表保護接地系統應接到電氣工程低壓電氣設備的保護接地網上，連接應牢固可靠，不應串聯接地。

（9）接地系統的連線應采用銅芯絕緣電線或電纜，并應采用鍍鋅螺栓緊固。儀表盤、柜、箱內的接地匯流排應采用銅材，并應采用絕緣支架固定。接地總干線與接地體之間應采用焊接。

（10）當控制室、機柜室、電子間內的接地干線采用扁鋼時，應進行絕緣，并應絕緣到接地裝置連接點。

7.對控制系統盤、臺、柜的接地要求

（1）DCS系統的接地有三部分：系統電源地、信號屏蔽地、機柜安全地，在DCS機柜內安裝有三塊接地銅排，分別與三個地對應。三根銅排在DCS系統內相互絕緣。每根銅排要求各自獨立連接到電氣全廠接地網上，中間無其他系統的地線接入，具體要求為：

1）單獨接地，不與其他系統共用接地點或接地線。

2）接地點到防雷接地或高壓電氣設備接地點的距離需大于10m。

3）每個系統的系統電源地、信號屏蔽地、機柜安全地分別匯總接至電源柜三根銅排上，分別引至總接地點，走線盡量短而直，總接地電阻小于3歐姆。

4）DCS機柜要求浮空，底座與機柜間鋪設絕緣材料，盤柜與底座連接螺栓應帶絕緣墊片。

5）DCS遠程控制站和智能采集前端就近接入電氣全廠接地網。

8.DCS系統抗干擾能力測試

（1）電纜檢查

檢查引入DCS系統的電纜選型和敷設情況，模擬量信號必須采用屏蔽電纜，電纜敷設應符合分層、屏蔽、防火和接地等有關規定。

分層：必須保證電力動力電纜、控制電纜和信號電纜從上至下分層敷設。

屏蔽：進入DCS系統的電纜必須使用計算機電纜，且應符合如下規定：

不同類別的信號回路不得通過同一根電纜;對絞線的絞距要小于100mm;電纜屏蔽層的形式宜采用銅帶屏蔽或鋁箔屏蔽;信號電纜線芯截面積應大于0.75mm2或線徑大于1mm。

接地：控制系統接地網，若無制造廠特殊規定，其接地電阻應不大于2Ω。

現場引入電壓的測試

1）用變壓器做干擾源，從現場電流、熱電偶、熱電阻信號回路中引入共模干擾電壓和差模干擾電壓，在控制站I/O輸入端子處測量實際共模和差模干擾電壓值。

2）若現場引入干擾電壓的測試條件無法滿足時，也可在模擬量信號精確度測試時，在輸入端子處測量從現場引入的共模和差模干擾電壓值。

3）實際共模干擾電壓值應小于輸入卡件抗共模電壓能力的60%。

抗射頻干擾能力測試

用頻率為250～500Hz、功率為5W的對講機作為干擾源，距離敞開柜門的機柜1.5m觸發信號進行測試，計算機系統應能正常工作，記錄測量信號的示值變化范圍應不大于測量系統允許綜合誤差的2倍。

參考文獻：

《火電建設工程施工工藝示范手冊（電氣及儀控）》. 電建論壇，2005;

《工業機電工程安裝技術》. 中國建筑工業出版社， 2019;

《電廠熱工測量裝置及控制系統試驗技術》.趙艷平，中國電力出版社，2008;