DCS系统信号干扰及防范措施

摘 要：目前电力工业生产中分散控制系统（DCS）的稳定对电厂的安全稳定运行起到举足轻重的作用，DCS的控制功能涵盖了电厂的模拟量控制系统、顺序控制系统、炉膛安全监控系统、外围的辅控系统等等。

关键词：DCS；抗干扰；措施

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

0 前言

由DCS系统重要保护信号受干扰造成機组非停和引风机跳闸两期事件为基础，介绍了DCS系统信号干扰信号产生的原因，提出了机组防范干扰信号的措施，为相似工程提供了借鉴。

1 DCS系统信号干扰引起机组非停

某厂一次机组非停，跳闸首出为“给水压力低低”，查看机组运行参数发现在非停事故前2s内机组重要参数出现剧烈波动的现象，可见机组各参数受到较强干扰。

由于以上波动的信号分布在不同机柜和不同卡件上，对DCS 进行了检查。由于大范围的信号波动来自不同的机柜和模件处，检修人员首先对机组DCS系统进行了全面检查。分别排查了模件通道，DCS系统机柜接地，接地引线和地网的电阻值，DCS系统内部24V直流电源等等，均为发现异常。由于大幅度波动信号主要集中在给水流量和给水压力出，现场排查了各测点的变送器，信号电缆绝缘、接地均无异常。用标准信号发生器在现场加信号传输到DCS处，发现DCS显示依然存在波动，可判断信号在传输过程中受到强干扰。现场检查发现在DCS信号出现剧烈波动的时段，锅炉侧检修人员在进行电焊作业，且电焊用工作电源来自检修380V电源，因此初步判断电焊机在工作时电源干扰，且电源干扰以电磁波的方式串入到DCS信号的测量回路中。为验证判断的正确性，在保证机组安全运行的基础上，做好充足的安全措施后，电焊机开始作业时，用示波器对电源信号进行记录，电焊机开始作业，DCS测量信号又出现剧烈波动，且示波器检测到有高频谐波分量。断开电焊机检修电源后，DCS测量信号恢复正常。由此判断电焊机工作对检修段母线电源造成了谐波干扰。

2 风机轴承温度信号受干扰引起风机跳闸

某电厂调试期间，两侧引风机正常运行，期间引风机B在无任何征兆的情况下突然跳闸。查看历史追忆，跳闸首出为引风机轴承温度高，且历史曲线显示三个轴承温度同时大幅度跳变，达到保护定值。由于该保护逻辑为模拟量判断后三取二，并非单点保护，因此逻辑中未设计速率变化保护。因此三个温度点同时跳变，达到跳闸值，导致引风机B停运。

由历史曲线可看到三个轴承温度同时出现大幅度波动，但根据设备正常运行工况分析引风机轴承温度出现大幅度波动的可能性不大，基本判断三个温度点收到干扰。进一步排查三个温度点的信号电缆，发现三个温度测点信号由现场传输到DCS柜的电缆用同一根16芯电缆，该信号电缆在DCS侧屏蔽线浮空，在现场端子排处屏蔽线已接地，以此避免了两端接地造成共模干扰的可能性。为进一步查找原因，排除干扰源，在做好相关保护措施后，检修人员用对讲机在DCS模件处和现场接线端子排出模拟射频干扰源，均未发生温度点大幅度波动。

对三个温度测点进行拆线检查，发现现场接线端子盒处的屏蔽线有毛刺穿透到金属电缆套管，检修人员对电缆屏蔽层进行处理，将屏蔽线接地移至DCS侧，解除现场侧屏蔽层接地。处理后恢复温度高高跳风机保护，运行多日，三个温度测点均显示正常，未发生温度点大幅度波动的现象。

3 信号干扰产生的原因

对于DCS系统来说，干扰信号的来源主要是电气设备、通讯网络、雷电等引起的辐射干扰和接地、电源线、信号线引起的系统引线干扰。这些与DCS信号无关的信号叠加或串入到DCS信号后，会对DCS采集的信号产生较强干扰，DCS信号会出现大幅度波动。由于DCS系统采集的信号大多为微弱的电信号，并且还需要经过从现场到控制系统的长距离传输，因此现场设备中的诸如高压电气设备产生较强的电磁场及电磁波辐射，马达设备产生的强磁场都会以不同途径和方式串入到DCS系统中。

4 提高DCS 抗干扰能力

4.1 做好干扰信号隔离措施

一般DCS系统采集的模拟量信号必须使用带屏蔽的双绞线，以提高抗高频脉冲信号的干扰能力，且模拟量信号电缆不能与其他类型的电缆在同一槽盒走线，应单独使用电缆槽盒和电缆套管。开关量信号电缆最好也采用带屏蔽的双绞线，提高对低频脉冲信号的抗干扰能力，且不可与动力电缆及大负载信号线平行走线。由此可见在DCS信号电缆走线的过程中需将不同类型的信号线隔离铺设，特别是动力电缆与信号电缆应隔离在不同的槽盒。相似类型的信号电缆若在同一槽盒，需用隔板将不同的电缆隔离。

4.2 DCS系统的可靠接地

在DCS系统中，接地是抑制噪声和防止干扰的主要方法。接地的作用总的来说只有两种：一是保护人员和设备不受损害叫保护接地；二是抑制干扰叫屏蔽（工作）接地。接地的含义可以理解为一个等电位点或等电位面，它是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。保护地线必须在大地电位上，信号地线依据设计要求可以是大地电位，也可以不是大地电位。

保护接地是将DCS中平时不带电的金属部分（机柜外壳，操作台外壳等与地之间形成良好的导电连接，使机壳和地等电位，以保护设备和人身安全。屏蔽地把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号精度。DCS系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地。线缆屏蔽层必须一端接地，防止形成闭合回路干扰。

4.3 系统冗余配置

在实际的工程应用中，DCS系统出了提高硬件设备的品质，还从系统的配置方面进行考虑。在DCS系统的使用过程中，系统及重要保护测点难免会出现一些故障，为使故障分散开来，重要配置如DCS系统网络、电源、控制器、通讯都采用了冗余配置，很大程度上提高了DCS系统的可靠性。

另外，机组运行过程中的重要保护测点如炉膛压力、汽机转速、汽包水位、给水流量、凝汽器真空、重要辅机的跳闸测点及相关逻辑应采用三重冗余方式配置。对某些带有保护的单点温度测点，在逻辑中应设置慢信号保护，防止干扰信号造成温度测点的飞升。

参考文献：

[1]周倩，鲁学农等.火电厂DCS 系统信号抗干扰研究及实例[J].中国电力，2012，30（04）：65-67.

作者简介：吕强，男，助理工程师，主要从事电厂自动化及主机保护工作。