熱電聯(lián)產(chǎn)裝置DCS系統(tǒng)抗電磁干擾措施的探討和分析.doc

熱電聯(lián)產(chǎn)裝置DCS系統(tǒng)抗電磁干擾措施的探討和分析【摘 要】結(jié)合熱電聯(lián)產(chǎn)裝置DCS系統(tǒng)的現(xiàn)場情況，對產(chǎn)生電磁干擾的原因和抗電磁干擾的措施進行分析，詳細介紹了提高DCS系統(tǒng)抗電磁干擾的具體措施?！娟P鍵詞】熱電聯(lián)產(chǎn)裝置 DCS系統(tǒng) 電磁干擾電磁兼容熱電聯(lián)產(chǎn)裝置是為滿足的供電、供熱需求，規(guī)劃建設的自備熱電廠。其DCS系統(tǒng)所采用的抗電磁干擾措施，是一個很重要的綜合性問題，它不僅涉及到DCS系統(tǒng)本身的安全運行，而且對整個熱電聯(lián)產(chǎn)裝置電力系統(tǒng)、通訊安全運行有重要影響。采用哪一種抗電磁干擾措施更能夠適合熱電聯(lián)產(chǎn)裝置DCS系統(tǒng)，是熱電聯(lián)產(chǎn)裝置DCS系統(tǒng)設計和施工所面臨的一個重要問題。DCS系統(tǒng)具有功能強、自動化水平高、節(jié)約占地面積、減輕值班員操作及監(jiān)視的工作量、縮短維修周期以及可實現(xiàn)無人值班等優(yōu)越性。但它的工作環(huán)境是在電磁干擾極其嚴重的強電環(huán)境中，如果不采取必要的抗電磁干擾措施，DCS系統(tǒng)在強電磁場干擾下本身的安全運行不但得不到保證而且會對熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的安全運行產(chǎn)生負面的影響。一. 現(xiàn)場電磁干擾源分析熱電聯(lián)產(chǎn)裝置內(nèi)的高壓設備操作、低壓交直流回路內(nèi)電氣設備的操作、雷電引起的浪涌電壓、電氣設備周圍的靜電場、電磁波輻射和輸電線路或設備短路故障所引起的瞬變過程等都會產(chǎn)生電磁干擾。這些電磁干擾進入熱電聯(lián)產(chǎn)裝置內(nèi)的DCS系統(tǒng)，就可能引起DCS系統(tǒng)工作不正常，甚至損壞DCS系統(tǒng)。因此，要對DCS系統(tǒng)采取合理的抗電磁干擾措施,分析現(xiàn)場的電磁干擾源是非常必要的。按照電磁兼容性要求,DCS系統(tǒng)能夠在規(guī)定的電磁環(huán)境下不因電磁干擾而降低工作性能，它們本身所發(fā)射的電磁能量不影響其他設備或系統(tǒng)的正常工作，從而達到互不干擾，在共同的電磁環(huán)境下執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。電磁兼容性具體體現(xiàn)在抗干擾(設備和系統(tǒng)抵抗電磁干擾的能力)和電磁發(fā)射控制(設備和系統(tǒng)發(fā)射的電磁能量的控制)兩方面。要正確分析現(xiàn)場的電磁干擾源,首先必須討論產(chǎn)生電磁干擾的關鍵因素：干擾源、傳播途徑和電磁敏感設備。與DCS系統(tǒng)有關的電磁干擾源有外部干擾和內(nèi)部干擾兩方面:外部干擾源與DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)無關，而是由DCS使用條件和熱電聯(lián)產(chǎn)裝置外部環(huán)境因素決定的干擾源。對DCS系統(tǒng)來說，外部干擾源主要有交直流回路開關操作、擾動性負荷(非線性負荷、波動性負荷)、短路故障、大氣過電壓(雷電)、靜電、無線電干擾和核電磁脈沖等。 內(nèi)部干擾源是由DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、元件布置和裝配工藝等決定。主要有雜散電感電容引起的不同信號感應，基準電位偏移引起的干擾，長距離線傳輸造成的波的反射，寄生振蕩和尖峰信號引起的干擾等。從電磁學的角度分析，外部干擾和內(nèi)部干擾具有同一物理性質(zhì)。因而消除和抑制的方法大同小異。二、DCS系統(tǒng)抗電磁干擾的措施針對產(chǎn)生電磁干擾的關鍵因素，一般情況下采用以下方法抗電磁干擾：1、 抑制干擾源產(chǎn)生的電磁干擾(濾波、屏蔽和接地)；2、 切斷干擾的傳播途徑；3、 提高敏感設備抗電磁干擾的能力(降低對干擾的敏感度)。電磁干擾源的能量通過各種途徑以傳導或輻射方式耦合至熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的一次系統(tǒng)和二次回路。因此，在熱電聯(lián)產(chǎn)裝置電氣系統(tǒng)和熱工控制系統(tǒng)設計及施工中，電磁兼容是至關重要的問題。按電磁兼容標準進行電磁兼容設計是預防出現(xiàn)電磁干擾的一個基本要求。但現(xiàn)場的電磁環(huán)境是千變?nèi)f化的，要真正達到經(jīng)濟上和技術上的電磁兼容，保證一、二次設備運行的可靠性，必須根據(jù)具體情況，靈活運用各種技術和措施。下面根據(jù)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置實際情況，介紹幾種常用的電磁兼容技術，同時討論應該采取的抗電磁干擾措施： (一)屏蔽措施 (1)電氣一次設備與DCS系統(tǒng)輸入、輸出的電纜均采用帶有金屬屏蔽層的電纜，電纜的屏蔽層兩端接地，對電場耦合和磁耦合有顯著的削弱作用。當屏蔽層一點接地時屏蔽層電壓為零，可明顯減少靜電感應(電容耦合)電壓；當兩點接地時，干擾磁場在屏蔽層中感應電流，該電流產(chǎn)生的磁通與干擾磁通方向相反，互相抵消，因而顯著降低磁場耦合感應電壓。 (2)電氣系統(tǒng)的二次設備、DCS系統(tǒng)中的測量、微機保護或綜合自動化裝置所采用的各類中間互感器的一、二次繞組之間加設屏蔽層，這樣可起電場屏蔽作用，防止高頻干擾信號通過分布電容進入DCS系統(tǒng)的相應部件； (3)機箱或機柜的輸入端子上對地接一濾波電容，可抑制外部高頻干擾。由于干擾都是通過端子串入的，當高頻干擾到達端子時，通過濾波電容對地短路，避免了高頻干擾進入DCS系統(tǒng)內(nèi)部； (4)DCS系統(tǒng)的機柜和機箱所采用的鐵質(zhì)材料，本身就是一種電磁屏蔽。 (二)減少強電回路的感應耦合 為了減少由DCS系統(tǒng)以外一次設備帶來的感應耦合，一般采用以下方法減少強電回路的感應耦合： (1)控制電纜盡可能離開高壓母線和暫態(tài)電流的入地點，并盡可能減少兩者的平行長度。高壓母線往往是強烈的干擾源，因此，增加控制電纜和高壓母線間的距離，是減少電磁耦合的有效措施。避雷器和避雷針的接地點、電容式電壓互感器、耦合電容器等是高頻暫態(tài)電流的入地點，控制電纜要盡可能遠離它們，以減少感應耦合； (2)電流互感器（CT）回路的A、B、C相線和中性線應在同一根電纜內(nèi)，避免出現(xiàn)環(huán)路； (3)電流互感器（CT）和電壓互感器（PT或VT）的二次交流回路電纜，從高壓設備引出至DCS或其他保護設備時，應盡量靠近接地體，減少進入DCS或其他保護設備回路的高頻瞬變泄漏磁通。 (三)接地保護 接地保護是熱電聯(lián)產(chǎn)裝置一、二次設備電磁兼容的重要措施之一，也是DCS系統(tǒng)抑制電磁干擾的主要方法。在熱電聯(lián)產(chǎn)裝置設計和施工過程中，如果能把接地保護和屏蔽很好地結(jié)合起來，則可以解決大部分干擾問題。在熱電聯(lián)產(chǎn)裝置DCS系統(tǒng)中，采用以下幾種接地線： 1)微機電源地線和數(shù)字地線(即邏輯地)，這種地是微機直流電源和邏輯開關網(wǎng)絡的零電位； 2)模擬地線，這是A/D轉(zhuǎn)換器和前置放大器或比較器的零電位； 3)信號地線，通常為傳感器的接地線； 4)噪聲地線，繼電器、電動機等噪聲接地線； 5)屏蔽地線，即設備外殼接地。 電磁干擾可能進入DCS系統(tǒng)弱電部分的主要途徑是通過微機電源。因為電源與干擾源的聯(lián)系比較緊密，同時電源線直接連接至各部分，包括CPU部分，因此來自電源的干擾很容易引起死機。對于處理微機電源的地線問題，一般采用浮地和共地、一點共地和多點共地等幾種接線方式： 1)微機電源采用浮地的方法：微機電源地和數(shù)字地采用浮動地方法是指微機電源的零線不與機殼相連。這種方法必須盡量減少電源線同機殼之間的分布電容； 2)微機電源與機殼共地方法：電源與機殼共地存在的主要問題是，電源零線與機殼接地線間總有一定的阻抗，很難避免浪涌電流流過電源線對微機系統(tǒng)造成干擾的情況，而且這種干擾容易造成微機系統(tǒng)工作紊亂，甚至死機，建議熱電聯(lián)產(chǎn)裝置DCS系統(tǒng)不要采用此種方法。 3)一點接地和多點接地的問題。對微機電源地或數(shù)字地的接地方式，一般認為：高頻電路(10MHz以上)宜采用多點接地；而低頻電路(1MHz以下)常采用一點接地。因為在低頻電路中，布線和元件的電感并不是什么大的問題，但是接地電路若形成環(huán)路，則對干擾影響大，采用一點接地，對避免地線形成環(huán)流有利，熱電聯(lián)產(chǎn)裝置DCS系統(tǒng)屬低頻系統(tǒng)，應盡量采用一點接地，DCS系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)都由多塊插件組成，各插件板之間應遵循一點接地的原則。由于A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字地通常和電源地是共地連接，實踐證明：數(shù)字地上電平的跳躍會造成很大的尖峰干擾，會影響A/D轉(zhuǎn)換器的模擬地電子的波動，影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的精度。為了解決此問題，對數(shù)字地和模擬地間的關系可以采用如下處理方式： 1)數(shù)字地和模擬地共地； 2)模擬地浮空的接線方式。其特點是將模擬地和信號地連在一起然后浮空，不與數(shù)字地連在一起； 3)模擬地和數(shù)字地通過一對反相二極管相連接，這種接線方式使模擬地和數(shù)字地有所隔離，而又保證了模擬地對數(shù)字地的電位漂移被二極管所箝制，這種連接方式對保證A/D轉(zhuǎn)換精度比較高插件較為有利。 對于繼電器或電動機等回路的噪聲地采用獨立接地的方式，不要與模擬地和數(shù)字地合接在一起。 以上介紹了DCS系統(tǒng)的幾種接地方式，在實際應用中，并不是簡單地采用某一種接地方式即可消除電磁干擾，而往往是根據(jù)地線的分流的原則，綜合運用上述幾種接地方式。 (四)隔離措施 采取良好的隔離措施，可以減小電磁干擾傳導侵入。在熱電聯(lián)產(chǎn)裝置DCS系統(tǒng)中可以采取以下幾種隔離措施： (1)模擬量的隔離 熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的DCS系統(tǒng)所采集的模擬量，大多數(shù)都來自一次系統(tǒng)的電壓互感器和電流互感器，它們均處于強電回路中，不能直接輸入至DCS系統(tǒng)，必須經(jīng)過設置在各種交流輸入回路中的隔離變壓器(常稱小電壓互感器TV和小電流互感器TA)隔離，這些隔離變壓器一、二次之間設有屏蔽層，且屏蔽層必須可靠接地，才能起到比較好的屏蔽效果。 (2)開關量輸入、輸出的隔離 DCS系統(tǒng)開關量的輸入，主要是斷路器、隔離開關的輔助觸點和主變壓器分頭位置等。開關量的輸出，大多數(shù)也是對斷路器、隔離開關和主變壓器分接開關的控制。這些斷路器和隔離開關都處于強電回路中，如果與DCS系統(tǒng)直接相連，必然會引入較強的電磁干擾。因此，要通過光電耦合器隔離或繼電器觸點隔離，這樣會取得比較好的效果。 (3)其他隔離措施 二次回路布線時，應考慮隔離，減少互感耦合，避免電磁干擾由互感耦合侵入。 1)強、弱信號電纜的隔離，強、弱信號不應使用同一根電纜；信號電纜應盡可能避開電力電纜；盡量增大與電力電纜的距離，并盡量減少其平行長度； 2)二次設備配線時，應注意避免各回路的相互感應； 3)印刷電路板上的布線要注意避免互相感應。 (五)濾波 濾波是抑制DCS系統(tǒng)模擬量輸入通道傳導干擾的主要手段之一。對于串入信號回路的干擾，采用濾波的方法可以有效地濾波。因此，各模擬量輸入回路都需要先經(jīng)過一個濾波器，以防止頻率混迭。濾波器能很好地吸收各種干擾。 (六)DCS供電電源的抗干擾措施 DCS系統(tǒng)的供電系統(tǒng)分直流供電和交流供電：微機保護子系統(tǒng)或自動裝置等均采用直流220V供電，其電源取自站內(nèi)直流屏；DCS系統(tǒng)的監(jiān)控機或管理機或其他用途的微機系統(tǒng)，其供電電源常采用交流220V，一般取自站用變壓器。這種情況下，電網(wǎng)的沖擊、電壓頻率的波動都將直接影響到微機系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，甚至由于電網(wǎng)的沖擊，會造成死機，而電源線是計算機的重要干擾途徑。因此