（大唐青岛燃气热电有限责任公司山东青岛）
摘要：随着科学技术的发展，DCS（分散控制系统）在火电厂中得到广泛应用。DCS系统的可靠性直接影响到火电厂的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是整个系统能否可靠运行的关键。为解决影响火力发电厂安全稳定运行的DCS系统信号抗干扰问题，本文重点介绍了两大类干扰：辐射干扰及传输干扰，阐述了各自传输的途径及其对热工控制系统的影响，接着提出了解决干扰的六大措施，最后结合实际案列对抗干扰问题进行了分析。
关键词：DCS；抗干扰；接地；屏蔽
0引言
在火力发电厂中，DCS(分散控制系统)是否安全可靠直接影响着整个几组的安全稳定运行，在影响DCS稳定性的众多因素中，信号干扰是经常发生且影响较大的一种。如何提高DCS的抗干扰能力，尽可能地将干扰屏蔽掉，在电厂实际运行中有重要意义。本文从干扰的类别、抑制干扰的措施、实际案例分析三个方面对DCS抗干扰问题进行了分析。
1干扰的类别
干扰分为辐射干扰与传输干扰，都是从干扰进入计算机系统的方式上来区分的，简单的理解辐射是无线的进入，传输是有线的进入。
1.1辐射干扰
辐射干扰是干扰信号以电磁波辐射的形式进入计算机正在工作的硬件和软件环境中，干扰它的正常运行，而按其产生的来源又可分为如下两种：
1.1.1来自计算机外部空间的电磁波辐射干扰
它主要是由电力网络和设备运行中的暂态过程，雷电，大功率无线电设施和电力设备产生的电磁波，作为工业过程主要是大型电力设备的强电流，高压母线的高压电场的交变磁场等的干扰，它对计算机的侵入途径主要有两条：一条是从空间直接辐射到计算机内部，另一条是先辐射到外围设备或通讯线路再以线路传输方式侵入计算机
1.1.2来自计算机内部的电磁波辐射干扰
这种干扰主要是计算机内部设备，电路以及元器件之间相互产生的电磁辐射干扰。这种类型的干扰对用户可以说是天生的，是无法处理的。只能依靠选择可靠的供应商提供应用实绩好的计算机产品来保证。
1.2传输干扰
传输干扰是在计算机的能源和信号传输过程中间，通过传输线路进入计算机内部，它一般可以分成以下3种形式：
1.2.1电源的干扰
电源的干扰有电网的干扰主要指工频交流，也有空间电磁波以及开关，电动机等电器设备产生的电火花激发的高频交变磁场。这些干扰传输的通道有以下几条：一条是计算机本身的开关电源有缺陷，可能串入干扰。第二条是传感器的供电电源或者配电器引入干扰，通过输入的信号线进入计算机。第三条是电源干扰以空间电磁波的形式直接辐射到输入的信号线上进入计算机。第四条是生产流程中间的用电设备绝缘不良，或者绝缘性能下降，以及其他情况导致用电设备漏电在测量线路上产生纵向干扰，严重时可能烧坏安全栅，使回路失控。
1.2.2接地混乱引起的干扰
接地混乱引起的干扰。由于大地电位分布不均，不同的接地点存在着地电位差。如果接地混乱，则可能产生地环路电流。例如，计算机的输入信号线和屏蔽层之间存在分布电容，如果信号侧已经接地而屏蔽层又在非信号侧接地，或者屏蔽层在两地点都接地，则会因两地点存在电位差（见图1，图2）导致通过分布电容产生环路电流，对正常工作信号产生干扰。再如，逻辑地、模拟地与其它地处理不当，产生地环路电流，在地线上产生不等电位分布，影响逻辑电路和模拟电路的工作。
1.2.3雷电干扰
这里把雷电和类似雷电的能够在信号回路中感应出很高冲击电压的干扰都归于雷电干扰一类，当天空中间出现雷电，或者出现高压电场时它能使仪表信号线周围产生感应磁场，信号回路会感应出很高冲击电压，这种高冲击电压不但会造成回路的强烈干扰，使回路无法工作甚至会烧坏安全栅或输入卡件。
2抗干扰的措施
抗干扰措施一般来说应当有针对性。这样才是合理的，经济的。但是很多工程项目干扰可能在项目投入生产后才表现出来，或者在设防不完善的情况下在某个缺口侵入进来。因此干扰措施要求尽可能完善的设防，事实上干扰的效果只有在采取综合性的措施时，才能体现出来。
2.1选择合适的电缆
为了减少动力电缆敷设造成的电磁干扰，不同类型的信号应由不同的电缆传输。在火电厂中DCS系统信号主要有模拟量信号、数字量信号、通信信号。模拟量信号主要包括热电阻信号、热电偶信号、4-20ma信号、0-5v、0-10v等，均属于低电平连续信号，非常容易受外界干扰引发突变，因此应选择屏蔽电缆，并且重要信号要选用单根电缆独立传输；数字量信号是非连续变化的离散信号，易受高电平信号的干扰，也能干扰模拟量信号，因此也需要选用屏蔽电缆，并且不能和模拟量信号合用一根电缆。由于部分数字量输出信号直接接入低压控制回路，因此数字量输入信号和数字量输出信号一般不宜设计在同一根电缆上。通信信号属于高频信号，一般应选用专用通信电缆或屏蔽双绞线。
2.2合理敷设电缆
火电厂DCS电缆根据用途可以分为：控制电缆、信号电缆、动力电缆、接地电缆、屏蔽电缆等，这些电缆都是通过DCS电子间下方的电缆夹层接入DCS机柜的。电缆夹层设置一定层数的电缆桥架，为了减少动力电缆对DCS信号的干扰，不同类型电缆在电缆桥架上应分层布置，布线原则为：
（1）信号电缆、控制电缆与动力电缆应按顺序分层排列敷设。电缆类别排列顺序应符合设计规定，如无规定时，带屏蔽信号电缆、强电信号控制电缆、电源电缆、电动阀门动力回路电缆宜按自上而下的顺序排列。每层桥架上的电缆可紧靠或重叠敷设，但不宜超过4层。
（2）信号电缆与动力电缆之间的距离应符合设计规定。
以上措施，都是为了防止动力电缆对其它信号电缆以及不同电压等级信号电缆之间的电磁感应和静电感应造成的干扰。
2.3合理选择电源
对于DCS来说，电源引入的干扰主要是通过DCS供电电源、变送器供电电源以及与其直接连接的仪表供电电源串入的，干扰形式主要表现为电源中的尖峰、浪涌和下陷等，必须采用安全可靠的电源才能保证系统的稳定。通常情况下，DCS电源采用交流电源稳压器稳压，并具有很好的隔离功能。一般DCS电源设置两路冗余电源：保安电源和UPS。变送器供电电源以及与DCS直接相连的仪表的供电电源应选用分布电容小、抑制带大的配电器，隔离变压器的屏蔽层应良好接地，减少原副边之间分布参数的影响，阻止电网的电容性噪声进入系统。
2.4有效滤波
DCS输入输出通道应采用光电耦合、隔离放大器、继电器等手段与外界信号回路隔离，通过软硬件滤波减少干扰的影响。除了采用以上硬件抗干扰措施，还应尽量采用软件抗干扰措施。其主要方法是数字滤波、指令冗余、奇偶检验、坏点自动判别剔除。对于较强的干扰，可考虑采用搭建RC（电阻、电容）网络吸收干扰。
2.5DCS电子间抗干扰处理
在电厂中除了选用抗干扰能力强的DCS产品外，同时再设计时还要考虑DCS电子间的抗干扰处理。
2.5.1DCS机房的整体屏蔽。
DCS机房本身应当尽可能远离交变磁场和高电压电场，按照一般要求，DCS周围空间的电磁场强度要小，实际上工业现场基本上做不到这一点，因此就有了将整个计算机机房屏蔽起来的做法。
2.5.2DCS机房的抗静电干扰。
计算机机房一般应设置防静电活动地板或者防静电地面。采用窗式空调的室内应当选用防静电墙面，门也采用防静电材质，为静电电荷的泄放提供良好的电气通路。机房的抗静电措施很重要的一条是对于机房的湿度控制，因此除了选择有一定抗静电性能的系统之外，简单的做法是采用带湿度调节的空调设备。
2.5.3DCS机房防人为电磁干扰。
运行过程中，运行人员进入电子间不得携带对讲机、电话等电磁设备。
2.6正确接地
DCS系统一般具有2个接地，即保护接地和工作接地，工作接地又分为逻辑地、信号地、系统地、屏蔽地。屏蔽电缆、屏蔽电线、屏蔽补偿导线的屏蔽层均应接地，并遵守下列规定：
（1）总屏蔽层及对绞屏蔽层均应接地。
（2）全线路屏蔽层应有可靠的电气连续性，当屏蔽电缆经接线盒或中间端子柜分开或合并时，应在接线盒中间的端子柜内将其两端的屏蔽层通过端子连线，同一信号回路或同一线路屏蔽层只允许有一个接地点。
（3）屏蔽层接地的位置应符合设计规定，当信号源浮空时，应在计算机侧；当信号源接地时，屏蔽层的接地点应靠近信号源的接地点；当放大器浮空时，屏蔽层的一端宜与屏蔽罩相连，另一端宜接共模地（当信号源接地时接现场地，当信号源浮空时接信号地）。
此外还应注意：
（1）接地的传感器及管线不得直接与发电机、励磁机的轴承座接触。
（2）DCS单独设置接地网时，专用接地网应满足一定规格要求，周围不允许有大型电力设备及接地极；DCS不单独设置接地网而利用全厂公用接地网时，DCS的总结地极所处一定范围内不得有高电压强电流设备的安全地和保护接地点。
（3）所有DCS机柜的保护地、逻辑地、信号地、系统地和屏蔽地应分别接到机柜的各接地线上，再通过导线截面积满足制造厂规定要求的多芯铜质电缆，以星形连接方式汇接至接地柜的铜牌上，整个接地回路不得出现多点接地。各种接地电缆与地线汇集板的连接应采用线鼻子压接后，用带弹簧垫的螺栓连接或焊接，保证可靠接地。
（4）多测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应可靠连接好并经绝缘处理，在全线路只允许有一个接地点。在工程安装过程中屏蔽电缆的芯线露出屏蔽层尽量短，全屏蔽层的连接应采用焊接或压接端子的方法可靠连接。
3案列分析
3.1案列1
我厂1号机组正常运行过程中，给水泵C三个轴承温度测点同时剧烈波动，且波动峰值较大，如图3所示。
图3给水泵C轴承温度测点跳变
为了消除信号的非正常跳变，热工人员通过种种努力查找原因：
（1）检查信号电缆。经检查这三个信号通过一根kvvp10*1.5的电缆接入DCS机柜，这是设计中存在严重隐患的作法，一方面一旦电缆遭到破坏三个信号同时变为坏点；另一方面当电缆屏蔽不好时，三个信号会同时受到干扰。
（2）检查电缆屏蔽接地。经检查电缆在现场电缆槽盒内有转接接头，但是屏蔽层未连接在一起。并且DCS机柜内未单端接地。这就造成整个电缆没有屏蔽保护，直接暴漏在环境中，这种做法严重不符合规程要求。
（3）检查干扰源。检查发现在电缆转接头所在电缆槽盒上方为一平台，平台处经常有电焊工进行现场焊接工作，电焊机属于强电磁干扰设备，施工时3个信号受到强烈干扰，波动频繁。
基于上述分析和现场实际情况，针对信号干扰提出下列处理方案：
（1）利用大修机会重新敷设3根kvvp4*1.5电缆，将每个温度测点信号分别接到kvvp4*1.5的电缆上，并且保证中间没有接头。
（2）将每根kvvp4*1.5电缆的屏蔽层在DCS机柜侧单点接地。
处理后三个信号不再波动，正常后曲线如图4所示。
由此可以看出信号屏蔽的重要作用。
3.2案列2
某电厂6号机组6A循环水泵由于零序过流保护动作跳闸后，发出联锁关闭6A循环水泵出口电动蝶阀指令但6A循环水泵出口电动蝶阀未动作，循环水泄压，凝汽器真空急剧降低，ETS(汽轮机紧急跳闸系统）动作，机组跳闸。
6A循环水泵出口电动蝶阀设计有远方/就地，变频/工频工作方式，就地设有控制柜，柜内控制装置为S7-200PLC。机组跳闸前为远方，变频工作方式。S7-200PLC输入输出为24VDC，DCS指令继电器通过控制24VDC的输入与否，并根据内部程序设计实现对输出的控制。
图4给水泵C轴承温度测点正常
现场从以下方面进行了检查：
（1）检查控制电缆。经检查DCS控制指令电缆与就地电动蝶阀控制柜风扇电源线为同一根电缆，并且与6A循环水泵出口电动蝶阀的动力电缆布置在同一电缆槽盒内。
（2）检查电缆屏蔽。经检查，电缆屏蔽在DCS机柜内未单端接地。
（3）检查干扰源。经过试验变频器启动瞬间有强烈的电磁干扰。
基于上述情况做了如下处理：
（1）重新敷设一根电缆作为就地电动蝶阀控制柜风扇电源线。
（2）将控制电缆屏蔽层在DCS机柜侧单端接地。
（3）在就地电动蝶阀控制柜内新增加一隔离继电器，将DCS指令与PLC输入通道隔离，消除变频器启动瞬间造成的干扰。
（4）在PLC输入端子处并联一电容，吸收了信号中的干扰电压，使送至S7-200PLC的干扰电压小于触发继电器动作的门槛电压，基本消除了误发信号的故障。
由于将动力电缆和控制电缆分层布置的工作量太大，且机组运行过程中干此项工作不太现实，所以未重新布置电缆槽盒。
经过处理，运行中未出现循环水泵电动蝶阀拒动和误动现象，问题彻底解决，消除了机组正常运行的一大隐患。
4结语
由于现场实际中的干扰是多方面的，为了保证设备的安全运行，除了提高设备本身可靠性，还要提醒人们在设计及安装的过程中就应该充分考虑到并重视干扰因素。从各个方面全盘考虑，综合采用以上所述各种措施，分别对硬件、软件进行改进，只有充分考虑到现场可能产生干扰的因素并严格按照规程按部就班地施工，DCS系统在建成投产后才能保证设备长期、稳定的运行，才能获得更好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]（DL／T5190.5-2004)电力建设施工及验收技术规范第5部分：热工自动化[M].
[2]电力行业热工自动化技术委员会.火电厂热控系统可靠性配置与事故预控[M].北京：中国电力出版社，2010.
[3]中国大唐集团，长沙理工大学.热工控制系统及设备[M].北京：中国电力出版社，2009.