论文部分内容阅读
[摘 要]电厂DCS控制系统安全可靠运行的首要条件就是要使系统可靠接地，尤其是当下DCS、TSI、ETS系统在电厂中应用越来越广泛，如何保证这些系统的安全工作对于电厂的稳定运行起着重要的作用，本文根据作者工作中遇到的实例，针对电厂设备正常运行时对接地要求及接地问题对信号的干扰等展开分析，并提出了相应的保障措施。
[关键词]DCS系统 接地 干扰 稳定性
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0311-01
分散控制性系统（DCS）广泛应用于各个电厂，它是电厂安全稳定运行的重要保障，而DCS可靠的系统接地，是DCS系统的重要组成部分，为了确保DCS系统接地的可靠性，必须对系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地线截面选择、接地极设计、接地箱布置等多方面进行认真设计和统筹考虑。本文根据DCS系统的设计规范要求，对DCS系统接地进行讨论和简要的介绍。
一、接地的分类及其重要性
所谓接地就是将电路、单元与充作信号公共参考点的一等位点或等位面实现低阻抗连接，通常情况下，DCS控制系统需要保护接地、工作接地以及本安接地等三大类，除了上述三大类接地外，还有一个中性点接地。
（1）保护接地（CG 电气专业中称PE）
因为DCS通常是强电供电，机壳等设备一般是不带电的，然而当发生故障（如电源高压部分与外壳短路）时，这些外壳金属部件就成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，就会通过人身形成通路，发生触电事故。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。
（2） 工作接地
工作接地主要分为逻辑接地、信号回路接地、屏蔽接地三类，是为了使DCS以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。
（3） 本安接地
是本安仪表或安全栅的接地。主要用于石化和其它防爆系统中，这种接地除了抑制干扰外，还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。本安地的接地系统应保持独立，与厂区电气地网或其它仪表系统接地网的距离应在5m以上。
（4）中性点接地
中性点接地是电力系统主要为了正常运行和安全需要而设的接地。中性点接地的引出线叫中性线或零线，又根据供电系统不同的工作和保护方式可分为保护零线、工作零线或两者合二为一，称为PEN线。
二、DCS系统接地方式
DCS系统的各种安全接地、工作接地应分别接到本机柜各地线上，各机柜相应地线连接后，再用铜芯电缆引至总接地板。根据总接地板与接地极的连接方式的不同有下列几种接地方式：
（1）采用等电位接地方式进行接地
当采用等电位接地时，要求将设备的金属结构、基础钢筋、金属设备、管道、进线配电箱的保护接地线母排、接闪器引下线形成等电位联结，控制系统安全接地和工作接 地应分类汇总到该总接地板，实现等电位联结，与电气装置合用接地装置并与大地连接。但控制系统在接地网上的接入点应和防雷地、大电流或高电压设备的接入点保持不小于5 米的距离。
（2）利用电气接地网作为DCS接地网
即与电气接地网共地，通常情况下电气接地网做了等电位联结，在无法满足等电位接地情况下，允许系统工作接地进行一点单独接地，同时将系统保护接地接到电气地。在系统地和保护地无法分离的情况下，可以将系统保护接地和工作接地进行一点单独接地。当与电厂电力系统共用一个接地网时，控制系统地线与电气接地网的连接须用低压绝缘动力电缆，且只允许一个连接点，接地电阻应小于0.5Ω且要注意选取接入点时应尽可能远离大电机的接入点，同时与避雷地的接入点间的距离也应大于20m。
（3）DCS系统专用独立接地网
当采用独立接地网时，应尽可能远离防雷接地网，若制造厂无特殊要求，接地电阻应不大于2Ω。且单独接地体与其他电气专业接地体应相距5m 以上，和独立和防直击雷接地体须相距20m以上。具体的一点接地的形式根据可现场条件选择。
（4）设DCS专用接地网，经接地线，再接至电气接地网。
三、系统接地要求和原则
DCS系统接地是为了保证当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地。接地系统能够为DCS提供屏蔽层，消除电子噪声干扰，并为整个控制系统提供公共信号参考点。当接地系统发生问题时，会造成人员的触电伤害及设备的损坏，如有些电厂DCS系统经常“死机”，大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。 因此，完善可靠正确的接地，是DCS系统能够安全、可靠和良好运行的关键。
3.1保护接地
DCS所有设备均有一个保护接地，它通常在设计加工时就已在内部接好，有的系统中已将该保护地在内部同电源进线的保护地连在一起，有的不允许将保护地同该线相连，然而不管哪种方式，保护接地必须将一台设备上所有的外设或系统的CG连在一起，然后用较粗的绝缘铜导线将各站的CG连在一起，最后从一点上与大地接地系统相连。需要注意的是，DCS的所有外设必须从一条供电线上供电，而且一台设备的电源必须从设备的供电分配器上取电，而不允许从其它地方取电，否则可能会烧坏接口甚至设备。各站的CG在连接时可以采用幅射连接法，也可以采用串行接法。
3.2工作接地
工作接地的原则为单点接地，信号回路中应避免产生接地回路，如果一条线路上的信号源和接收仪表都不可避免接地，则应采用隔离器将两点接地隔离开。
（1）逻辑接地（PG），各站内的逻辑地必须位于一点PG，然后用粗绝缘导线以辐射状接到一点上，然后接到大地接地线上，只要接地良好，这种方式的抗干扰能力是比较强的。但接地工艺复杂，一旦接地不良反会引起不必要的干扰。在有些系统中，所有的输入，输出均是隔离的，这样其内部逻辑地就是一个独立的单元，与其它部分没有电器连接，这种系统中往往不需要PG接地，而是保持内部浮空。浮空接地方法简单，但是对于与地的绝缘电阻要求较高，一般要求大于50MΩ，否则由于绝缘下降，会导致干扰。
（2）屏蔽接地是所有接地方式中要求最高的一种，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，接地电阻要小于1Ω，各机柜之间的电阻也要<1Ω。屏蔽电缆、屏蔽导线、屏蔽补偿导线的总屏蔽层及对绞线屏蔽层均应接地，电缆屏蔽层应在机柜侧单端接地，信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地，信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地，多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。
四、结束语
接地系统在DCS安装和应用过程中是很重要的一环，一些故障的出现也往往都是系统接地不好引起的。DCS系统接地就是为了保证当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导人大地，因此确保DCS系统的可靠接地，是保证工厂DCS可靠安全运行的首要条件，在系统设计和实施中必须给予高度重视。
参考文献
[1] 王小彦. DCS分布式控制系统接地[J].电子技术与软件工程.2012，12（06）：102-103.
[2] 张晓臣.DCS控制系统的接地防护相关问题分析[J].中国科技博览.2013，17（11）：145-146.
[关键词]DCS系统 接地 干扰 稳定性
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0311-01
分散控制性系统（DCS）广泛应用于各个电厂，它是电厂安全稳定运行的重要保障，而DCS可靠的系统接地，是DCS系统的重要组成部分，为了确保DCS系统接地的可靠性，必须对系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地线截面选择、接地极设计、接地箱布置等多方面进行认真设计和统筹考虑。本文根据DCS系统的设计规范要求，对DCS系统接地进行讨论和简要的介绍。
一、接地的分类及其重要性
所谓接地就是将电路、单元与充作信号公共参考点的一等位点或等位面实现低阻抗连接，通常情况下，DCS控制系统需要保护接地、工作接地以及本安接地等三大类，除了上述三大类接地外，还有一个中性点接地。
（1）保护接地（CG 电气专业中称PE）
因为DCS通常是强电供电，机壳等设备一般是不带电的，然而当发生故障（如电源高压部分与外壳短路）时，这些外壳金属部件就成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，就会通过人身形成通路，发生触电事故。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。
（2） 工作接地
工作接地主要分为逻辑接地、信号回路接地、屏蔽接地三类，是为了使DCS以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。
（3） 本安接地
是本安仪表或安全栅的接地。主要用于石化和其它防爆系统中，这种接地除了抑制干扰外，还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。本安地的接地系统应保持独立，与厂区电气地网或其它仪表系统接地网的距离应在5m以上。
（4）中性点接地
中性点接地是电力系统主要为了正常运行和安全需要而设的接地。中性点接地的引出线叫中性线或零线，又根据供电系统不同的工作和保护方式可分为保护零线、工作零线或两者合二为一，称为PEN线。
二、DCS系统接地方式
DCS系统的各种安全接地、工作接地应分别接到本机柜各地线上，各机柜相应地线连接后，再用铜芯电缆引至总接地板。根据总接地板与接地极的连接方式的不同有下列几种接地方式：
（1）采用等电位接地方式进行接地
当采用等电位接地时，要求将设备的金属结构、基础钢筋、金属设备、管道、进线配电箱的保护接地线母排、接闪器引下线形成等电位联结，控制系统安全接地和工作接 地应分类汇总到该总接地板，实现等电位联结，与电气装置合用接地装置并与大地连接。但控制系统在接地网上的接入点应和防雷地、大电流或高电压设备的接入点保持不小于5 米的距离。
（2）利用电气接地网作为DCS接地网
即与电气接地网共地，通常情况下电气接地网做了等电位联结，在无法满足等电位接地情况下，允许系统工作接地进行一点单独接地，同时将系统保护接地接到电气地。在系统地和保护地无法分离的情况下，可以将系统保护接地和工作接地进行一点单独接地。当与电厂电力系统共用一个接地网时，控制系统地线与电气接地网的连接须用低压绝缘动力电缆，且只允许一个连接点，接地电阻应小于0.5Ω且要注意选取接入点时应尽可能远离大电机的接入点，同时与避雷地的接入点间的距离也应大于20m。
（3）DCS系统专用独立接地网
当采用独立接地网时，应尽可能远离防雷接地网，若制造厂无特殊要求，接地电阻应不大于2Ω。且单独接地体与其他电气专业接地体应相距5m 以上，和独立和防直击雷接地体须相距20m以上。具体的一点接地的形式根据可现场条件选择。
（4）设DCS专用接地网，经接地线，再接至电气接地网。
三、系统接地要求和原则
DCS系统接地是为了保证当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地。接地系统能够为DCS提供屏蔽层，消除电子噪声干扰，并为整个控制系统提供公共信号参考点。当接地系统发生问题时，会造成人员的触电伤害及设备的损坏，如有些电厂DCS系统经常“死机”，大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。 因此，完善可靠正确的接地，是DCS系统能够安全、可靠和良好运行的关键。
3.1保护接地
DCS所有设备均有一个保护接地，它通常在设计加工时就已在内部接好，有的系统中已将该保护地在内部同电源进线的保护地连在一起，有的不允许将保护地同该线相连，然而不管哪种方式，保护接地必须将一台设备上所有的外设或系统的CG连在一起，然后用较粗的绝缘铜导线将各站的CG连在一起，最后从一点上与大地接地系统相连。需要注意的是，DCS的所有外设必须从一条供电线上供电，而且一台设备的电源必须从设备的供电分配器上取电，而不允许从其它地方取电，否则可能会烧坏接口甚至设备。各站的CG在连接时可以采用幅射连接法，也可以采用串行接法。
3.2工作接地
工作接地的原则为单点接地，信号回路中应避免产生接地回路，如果一条线路上的信号源和接收仪表都不可避免接地，则应采用隔离器将两点接地隔离开。
（1）逻辑接地（PG），各站内的逻辑地必须位于一点PG，然后用粗绝缘导线以辐射状接到一点上，然后接到大地接地线上，只要接地良好，这种方式的抗干扰能力是比较强的。但接地工艺复杂，一旦接地不良反会引起不必要的干扰。在有些系统中，所有的输入，输出均是隔离的，这样其内部逻辑地就是一个独立的单元，与其它部分没有电器连接，这种系统中往往不需要PG接地，而是保持内部浮空。浮空接地方法简单，但是对于与地的绝缘电阻要求较高，一般要求大于50MΩ，否则由于绝缘下降，会导致干扰。
（2）屏蔽接地是所有接地方式中要求最高的一种，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，接地电阻要小于1Ω，各机柜之间的电阻也要<1Ω。屏蔽电缆、屏蔽导线、屏蔽补偿导线的总屏蔽层及对绞线屏蔽层均应接地，电缆屏蔽层应在机柜侧单端接地，信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地，信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地，多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。
四、结束语
接地系统在DCS安装和应用过程中是很重要的一环，一些故障的出现也往往都是系统接地不好引起的。DCS系统接地就是为了保证当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导人大地，因此确保DCS系统的可靠接地，是保证工厂DCS可靠安全运行的首要条件，在系统设计和实施中必须给予高度重视。
参考文献
[1] 王小彦. DCS分布式控制系统接地[J].电子技术与软件工程.2012，12（06）：102-103.
[2] 张晓臣.DCS控制系统的接地防护相关问题分析[J].中国科技博览.2013，17（11）：145-146.