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(chǎng)情況，對(duì)產(chǎn)生電磁干擾的原因和抗電磁干擾的措施進(jìn)行分析，詳細(xì)介紹了提高DCS系統(tǒng)抗電磁干擾的具體措施?！娟P(guān)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(shè)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(gè)很重要的綜合性問(wèn)題，它不僅涉及到DCS系統(tǒng)本身的安全運(yùn)行，而且對(duì)整個(gè)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置電力系統(tǒng)、通訊安全運(yùn)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(shè)計(jì)和施工所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。DCS系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、自動(dòng)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(shí)現(xiàn)無(wú)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(yán)重的強(qiáng)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(qiáng)電磁場(chǎng)干擾下本身的安全運(yùn)行不但得不到保證而且會(huì)對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的安全運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面的影響。一. 現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾源分析熱電聯(lián)產(chǎn)裝置內(nèi)的高壓設(shè)備操作、低壓交直流回路內(nèi)電氣設(shè)備的操作、雷電引起的浪涌電壓、電氣設(shè)備周?chē)撵o電場(chǎng)、電磁波輻射和輸電線路或設(shè)備短路故障所引起的瞬變過(guò)程等都會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。這些電磁干擾進(jìn)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(duì)DCS系統(tǒng)采取合理的抗電磁干擾措施,分析現(xiàn)場(chǎng)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(shè)備或系統(tǒng)的正常工作，從而達(dá)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(shè)備和系統(tǒng)抵抗電磁干擾的能力)和電磁發(fā)射控制(設(shè)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(chǎng)的電磁干擾源,首先必須討論產(chǎn)生電磁干擾的關(guān)鍵因素：干擾源、傳播途徑和電磁敏感設(shè)備。與DCS系統(tǒng)有關(guān)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(wú)關(guān)，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(duì)DCS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，外部干擾源主要有交直流回路開(kāi)關(guān)操作、擾動(dòng)性負(fù)荷(非線性負(fù)荷、波動(dòng)性負(fù)荷)、短路故障、大氣過(guò)電壓(雷電)、靜電、無(wú)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(hào)感應(yīng)，基準(zhǔn)電位偏移引起的干擾，長(zhǎng)距離線傳輸造成的波的反射，寄生振蕩和尖峰信號(hào)引起的干擾等。從電磁學(xué)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(duì)產(chǎn)生電磁干擾的關(guān)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(shè)備抗電磁干擾的能力(降低對(duì)干擾的敏感度)。電磁干擾源的能量通過(guò)各種途徑以傳導(dǎo)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(shè)計(jì)及施工中，電磁兼容是至關(guān)重要的問(wèn)題。按電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)是預(yù)防出現(xiàn)電磁干擾的一個(gè)基本要求。但現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境是千變?nèi)f化的，要真正達(dá)到經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上的電磁兼容，保證一、二次設(shè)備運(yùn)行的可靠性，必須根據(jù)具體情況，靈活運(yùn)用各種技術(shù)和措施。下面根據(jù)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置實(shí)際情況，介紹幾種常用的電磁兼容技術(shù)，同時(shí)討論應(yīng)該采取的抗電磁干擾措施： (一)屏蔽措施 (1)電氣一次設(shè)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(duì)電場(chǎng)耦合和磁耦合有顯著的削弱作用。當(dāng)屏蔽層一點(diǎn)接地時(shí)屏蔽層電壓為零，可明顯減少靜電感應(yīng)(電容耦合)電壓；當(dāng)兩點(diǎn)接地時(shí)，干擾磁場(chǎng)在屏蔽層中感應(yīng)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(chǎng)耦合感應(yīng)電壓。 (2)電氣系統(tǒng)的二次設(shè)備、DCS系統(tǒng)中的測(cè)量、微機(jī)保護(hù)或綜合自動(dòng)化裝置所采用的各類(lèi)中間互感器的一、二次繞組之間加設(shè)屏蔽層，這樣可起電場(chǎng)屏蔽作用，防止高頻干擾信號(hào)通過(guò)分布電容進(jìn)入DCS系統(tǒng)的相應(yīng)部件； (3)機(jī)箱或機(jī)柜的輸入端子上對(duì)地接一濾波電容，可抑制外部高頻干擾。由于干擾都是通過(guò)端子串入的，當(dāng)高頻干擾到達(dá)端子時(shí)，通過(guò)濾波電容對(duì)地短路，避免了高頻干擾進(jìn)入DCS系統(tǒng)內(nèi)部； (4)DCS系統(tǒng)的機(jī)柜和機(jī)箱所采用的鐵質(zhì)材料，本身就是一種電磁屏蔽。 (二)減少?gòu)?qiáng)電回路的感應(yīng)耦合 為了減少由DCS系統(tǒng)以外一次設(shè)備帶來(lái)的感應(yīng)耦合，一般采用以下方法減少?gòu)?qiáng)電回路的感應(yīng)耦合： (1)控制電纜盡可能離開(kāi)高壓母線和暫態(tài)電流的入地點(diǎn)，并盡可能減少兩者的平行長(zhǎng)度。高壓母線往往是強(qiáng)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(diǎn)、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(diǎn)，控制電纜要盡可能遠(yuǎn)離它們，以減少感應(yīng)耦合； (2)電流互感器（CT）回路的A、B、C相線和中性線應(yīng)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(shè)備引出至DCS或其他保護(hù)設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡量靠近接地體，減少進(jìn)入DCS或其他保護(hù)設(shè)備回路的高頻瞬變泄漏磁通。 (三)接地保護(hù) 接地保護(hù)是熱電聯(lián)產(chǎn)裝置一、二次設(shè)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(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，如果能把接地保護(hù)和屏蔽很好地結(jié)合起來(lái)，則可以解決大部分干擾問(wèn)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(jī)電源地線和數(shù)字地線(即邏輯地)，這種地是微機(jī)直流電源和邏輯開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)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(hào)地線，通常為傳感器的接地線； 4)噪聲地線，繼電器、電動(dòng)機(jī)等噪聲接地線； 5)屏蔽地線，即設(shè)備外殼接地。 電磁干擾可能進(jìn)入DCS系統(tǒng)弱電部分的主要途徑是通過(guò)微機(jī)電源。因?yàn)殡娫磁c干擾源的聯(lián)系比較緊密，同時(shí)電源線直接連接至各部分，包括CPU部分，因此來(lái)自電源的干擾很容易引起死機(jī)。對(duì)于處理微機(jī)電源的地線問(wèn)題，一般采用浮地和共地、一點(diǎn)共地和多點(diǎn)共地等幾種接線方式： 1)微機(jī)電源采用浮地的方法：微機(jī)電源地和數(shù)字地采用浮動(dòng)地方法是指微機(jī)電源的零線不與機(jī)殼相連。這種方法必須盡量減少電源線同機(jī)殼之間的分布電容； 2)微機(jī)電源與機(jī)殼共地方法：電源與機(jī)殼共地存在的主要問(wèn)題是，電源零線與機(jī)殼接地線間總有一定的阻抗，很難避免浪涌電流流過(guò)電源線對(duì)微機(jī)系統(tǒng)造成干擾的情況，而且這種干擾容易造成微機(jī)系統(tǒng)工作紊亂，甚至死機(jī)，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(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的問(wèn)題。對(duì)微機(jī)電源地或數(shù)字地的接地方式，一般認(rèn)為：高頻電路(10MHz以上)宜采用多點(diǎn)接地；而低頻電路(1MHz以下)常采用一點(diǎn)接地。因?yàn)樵诘皖l電路中，布線和元件的電感并不是什么大的問(wèn)題，但是接地電路若形成環(huán)路，則對(duì)干擾影響大，采用一點(diǎn)接地，對(duì)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(yīng)盡量采用一點(diǎn)接地，DCS系統(tǒng)中的各個(gè)子系統(tǒng)都由多塊插件組成，各插件板之間應(yīng)遵循一點(diǎn)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(shí)踐證明：數(shù)字地上電平的跳躍會(huì)造成很大的尖峰干擾，會(huì)影響A/D轉(zhuǎn)換器的模擬地電子的波動(dòng)，影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的精度。為了解決此問(wèn)題，對(duì)數(shù)字地和模擬地間的關(guān)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(diǎn)是將模擬地和信號(hào)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(guò)一對(duì)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(duì)數(shù)字地的電位漂移被二極管所箝制，這種連接方式對(duì)保證A/D轉(zhuǎn)換精度比較高插件較為有利。 對(duì)于繼電器或電動(dòng)機(jī)等回路的噪聲地采用獨(dú)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(shí)際應(yīng)用中，并不是簡(jiǎn)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(yùn)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(dǎo)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(lái)自一次系統(tǒng)的電壓互感器和電流互感器，它們均處于強(qiáng)電回路中，不能直接輸入至DCS系統(tǒng)，必須經(jīng)過(guò)設(shè)置在各種交流輸入回路中的隔離變壓器(常稱(chēng)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(shè)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(kāi)關(guān)量輸入、輸出的隔離 DCS系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量的輸入，主要是斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)和主變壓器分頭位置等。開(kāi)關(guān)量的輸出，大多數(shù)也是對(duì)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)和主變壓器分接開(kāi)關(guān)的控制。這些斷路器和隔離開(kāi)關(guān)都處于強(qiáng)電回路中，如果與DCS系統(tǒng)直接相連，必然會(huì)引入較強(qiáng)的電磁干擾。因此，要通過(guò)光電耦合器隔離或繼電器觸點(diǎn)隔離，這樣會(huì)取得比較好的效果。 (3)其他隔離措施 二次回路布線時(shí)，應(yīng)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(qiáng)、弱信號(hào)電纜的隔離，強(qiáng)、弱信號(hào)不應(yīng)使用同一根電纜；信號(hào)電纜應(yīng)盡可能避開(kāi)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(zhǎng)度； 2)二次設(shè)備配線時(shí)，應(yīng)注意避免各回路的相互感應(yīng)； 3)印刷電路板上的布線要注意避免互相感應(yīng)。 (五)濾波 濾波是抑制DCS系統(tǒng)模擬量輸入通道傳導(dǎo)干擾的主要手段之一。對(duì)于串入信號(hào)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(guò)一個(gè)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(jī)保護(hù)子系統(tǒng)或自動(dòng)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(jī)或管理機(jī)或其他用途的微機(jī)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(dòng)都將直接影響到微機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，甚至由于電網(wǎng)的沖擊，會(huì)造成死機(jī)，而電源線是計(jì)算機(jī)的重要干擾途徑。因此