对电厂分散控制系统抗干扰措施的探讨

对电厂分散控制系统抗干扰措施的探讨

牛二飞

陕西清水川能源股份有限公司    陕西榆林   719400

摘要：电厂 DCS系统是电厂的重要组成部分，其安全性和稳定性对电厂的正常运行有着至关重要的作用。但是在实际应用中， DCS系统经常会受到外界的干扰，导致系统出现故障，从而影响机组运行安全，为了保证 DCS系统的正常运行，提高机组的运行效率，就需要采取相应措施来消除干扰因素，本文从产生电磁干扰的原因、干扰对控制系统的影响等入手，提出有效抗干扰的措施及建议。

关键词：电厂分散控制系统；电磁干扰；抗干扰

引言

我国大部分火力发电厂都采用的是德国西门子公司生产的S7-300型 DCS系统，该系统是西门子公司开发的最新一代分散控制系统（distributed control system），该系统具有较高的可靠性、灵活性和可扩展性，在大型火力发电厂中得到了广泛应用，但是由于其内部含有较多的电子元器件，在实际应用中会受到外部电磁干扰而出现故障。

一、分散控制系统概述

分散控制系统，简称为DCS，包含了控制技术、图形现实技术、通讯技术，经过网络技术被分布在检测站、控制管理站、现场控制站、操作管理站和工程师站，联合连接起来组织成的分散控制集中操作管理的综合控制系统。我国的火力发电场从八零年代的中期就开始运行，已有一段时间的历史，现如今新建或者是在扩建的的中小型火力发电厂都被DCS系统全面覆盖了，所以，维护好DCS不受干扰对于整个火力电厂的正常运行来说是非常重要的，若控制系统出现失灵的现象，情况较轻的话，只会引起局部死机，严重则会引发整个分散控制系统瘫痪，机组跳闸，严重影响了整个电网系统的安全运行。

分散控制系统是为工业生产环境专门设计的控制装置，因此，它本身就具备了很强的工业环境适应能力，因为DCS是直接与I/O设备连接，中间没有任何的阻隔过滤系统，所以外来的干扰就极易从I/O电缆中攻击系统；此外，在许多电子产品中都被安装了分散控制系统，应用的范围大，因此就形成了较为复杂的电磁环境，所以电磁干扰是电厂工程设计中不可忽视的问题，确保火力电厂内部的分散控制系统，不受外来干扰的同时也不会对其他的电气设备产生干扰，维持共同生存的电磁环境，互相包容，使系统正常有效地运行。

二、电磁干扰的分类

电厂 DCS系统受到干扰主要是由两方面原因造成的，一是外部电磁干扰，二是系统内部的电磁干扰。在实际应用中，外部电磁干扰主要包括电源干扰、电网干扰和电气设备本身产生的电磁干扰等；其中，电源干扰主要是指由于电源本身存在缺陷，导致输入信号产生偏差，火电厂中分散控制系统的供电电源一般来自于电厂的用电，一般在电厂母线上连接有比较大的动力设备，比如说引风机和水泵等，它们的电极使用的功率、电流较大，设备内大电流的输出使周围产生交变磁场，对安装在周围的分散控制系统产生了干扰，此外、这些设施的启动与停止都可能引发电厂用电的电压波动或者是产生过电压的现象发生，最终造成对DCS系统的低频干扰；还有从信号线及控制线的传导带来的干扰，跟分散控制系统相接的各信号传输线，除了传输有用的信息之外，还会产生一些无用的干扰信息趁机侵入系统，干扰信息侵入主要有两种途径，1、从现场的变送器供电电源还有共用仪表的供电源串入进行干扰；2、就是信号线外部感应干扰，由信号引起的干扰会导致I/O信号的运行进入异常的状态，也会导致测量的精确度大幅度降低的情况，甚至会造成器件的损伤，对于一些隔离性较差的系统，会造成各信号间的互相、混乱的干扰，引发共地系统总线回流，导致逻辑数据变化、死机、误机等状况发生。

电网干扰主要是指由于电网系统中的电压波动或频率变化等因素，导致输入信号产生偏差，从而对 DCS系统的正常运行造成影响，电气设备产生的电磁干扰主要是指由于电气设备之间相互匹配不当而引起的电磁噪声，对于电厂 DCS系统而言，由于其内部存在较多的电子元器件，在运行过程中会受到电磁场的影响。除了这两种主要原因以外，电厂 DCS系统还会受到环境因素的影响，例如：天气变化、雷击、雷击产生的电流、雷击感应产生的磁场等都可能对电厂 DCS系统造成干扰，还有无线电干扰，如电视和广播等，其中，电磁干扰是最为常见的干扰方式，由电磁场引起的干扰，可通过天线、电缆和空间辐射途径进入现场控制系统。

三、抗干扰措施

（一）抗干扰措施

（1）使用屏蔽电缆来降低电磁干扰。将电缆两端使用屏蔽线进行连接，可以有效降低电磁干扰，另外，可以将电缆的屏蔽层进行接地处理，通过屏蔽层来消除电缆本身的电磁辐射；（2）使用双绞线来提高信号传输的质量，由于双绞线具有较好的抗干扰能力，能够有效减少信号传输过程中产生的干扰；（3）采用信号隔离器来降低系统内存在的共模干扰和差模干扰，保证系统内信号质量；（4）设置模拟量输入模块和数字量输入模块，在 DCS系统中，模拟量输入模块主要负责模拟量信号的输入；数字量输入模块则负责数字量信号的输入。

其他注意事项：1、在设备选型时，尽量选用同一厂家的设备，从硬件上尽可能地减少相互干扰；2、对所有信号线的铺设必须要保证其完整性，不能有断点；3、使用电缆屏蔽层时，应尽可能短，尽量避免多层敷设。电缆敷设后应采用金属保护管进行屏蔽，金属保护管的管径应大于电缆外径的1.5倍以上；4、合理使用模拟量输入输出卡，并采用抗干扰能力强的卡；5、尽量避免从控制室引入信号电缆，必须引入时应在电源输入端加隔离变压器；6、现场操作站、现场仪表、控制柜的电源线要尽量缩短，并尽量做到靠近电源，在电源线上连接一个不小于1.5 mm²的接地线，电源线和接地线要经常检查和维护。

（二）软件技术

由于现场运行环境的复杂性， DCS系统的干扰因素也会多种多样，因此，在 DCS系统软件设计时，必须从软件的角度来解决问题，在保证系统稳定可靠的前提下，使其具有良好的抗干扰性能，为此，在软件设计时，可以采用以下几种抗干扰措施：

（1）对于现场运行环境中存在的干扰因素进行分类，如温度、湿度、振动等；（2）针对不同种类的干扰因素进行相应的抗干扰设计；（3）采用软件滤波技术来消除系统内部和外部对系统产生影响的干扰；（4）采用程序设计技术对系统进行优化设计，通过“优化”程序结构来达到降低干扰因素的影响。

四、结语

         但由于 DCS系统与现场设备之间的距离很近，使其运行时不可避免地会受到各种干扰因素的影响，这就需要采取相应的抗干扰措施来保障 DCS系统能够安全稳定运行，本文通过对影响 DCS抗干扰的因素进行分析，并提出了解决方案，希望能够为解决现场设备和 DCS系统之间的干扰问题提供一定的参考，确保现场控制系统能够安全可靠、准确高效地运行。                                                                                                                                                                                                                                     

参考文献

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[3]向立清.对电厂分散控制系统抗干扰措施的探讨[J].中国科技财富,2009(06):55+57.