接地技术在发电厂DCS控制系统上的应用

　　
　　【课题背景】：随着火电机组容量不断攀升，各厂家DCS控制系统也是日新月异，如何做好系统接地便成了DCS稳定运行的前提。本文阐述怎样才能使DCS接地更加可靠，以经受机组安全稳定运行的考验。
　　【课题内容】：1DCS及控制系统接地概述
　　2DCS系统接地方式
　　3DCS系统的接地原则
　　4DCS接地容易出现的问题及应对措施
　　【正文】：
　　一、DCS（TotalDistributedControlSystem分散控制系统)接地概述
　　1．1DCS系统接地的重要性
　　DCS系统的可靠接地,是保证电厂DCS安全,可靠运行的首要条件。合理准确的接地是保证集散控制系统运行安全可靠、系统网络通信畅通的重要前提。控制系统的接地是为了给整个系统提供一个统一的、公共的、以大地为零的基准电压参考点。当供电或设备出现故障时，通过有效地接地系统承受过载电流，并迅速传至大地。还可以为DCS设备提供屏蔽、消除干扰。因此，正确的接地是保证控制系统能够稳定、安全运行的关键之一。
　　1．2DCS系统接地分类
　　在一般情况下，DCS控制系统需要两种接地：保护地和工作地（逻辑地、屏蔽地等）。对于装有安全栅防爆措施的系统如化工行业所用的系统，还要求有本安地。
　　（1）保护地（CG，CabinetGrounding）是为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施。仪表盘、仪表柜、仪表箱、PLC及DCS机柜、操作站及辅助设备、供电盘、供电箱、接线盒、电缆槽、电缆托盘、穿线管、铠装电缆的铠装护层等均应接保护地。保护地应接至厂区电气专业接地网，接地电阻小于4Ω。
　　（2）逻辑地：也叫机器逻辑地、主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等的电源输出地。如CPU的正负5伏、正负12伏的负端。需要接入公共接地极。
　　（3）屏蔽地（AG，AnalogGrounding）也叫模拟地，它可以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，除信号源本身接地者外，屏蔽接地应在控制室侧实施，防止形成闭合回路干扰。铠装电缆的金属铠不应作为屏蔽保护接地，必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地,屏蔽地应接入公共接地极。
　　（4）本安地应独立设置接地系统，接地电阻小于4Ω。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。
　　二、DCS系统接地方式
　　2．1利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地；
　　要求是无本安地接入电气接地网的对地分布电阻小于4Ω，有本安地的小于1Ω，接地总干线的线路阻抗小于0.1Ω；接地极周围15米内无避雷地的接入点，无30KW以上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时，防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起，二者应距离10米以上。
　　2．2设DCS系统专用独立的接地网；
　　2．3设DCS专用接地网，经接地线、再接至电气接地网；
　　由于第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处，根据统计，以往计算机或DCS系统曾经较多的采用过专用的接地网，但这种接地方式存在的缺点是：占地面积太大，投资高，电缆及接地网钢材耗量大，距厂房有相当的距离(因不易在厂房内找到合适的位置)，管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，且效果不甚良好。
　　2．4远程I/O柜接地方式
　　分散布置DCS系统现场控制站分散到现场，而操作员站位于不同的控制室，分散直径在500米的范围内，各站点间使用多模光纤或5类双绞线或DP屏蔽双绞线等连接。使用光纤连接的站点，各站点内的接地方法同集中布置的DCS设备；使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线连接的站点：控制室的各类地线先连接到公共连接板，公共连接板通过接地总干线与公共接地极相连。从公共接地极看过去，整个接地网络是一个星型结构。使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线两头通过网络浪涌保护设备（信号避雷器、通流量不小于5KA）与DCS的SWITCH、HUB、REPEAT、或其他网络设备相连。两边的站点有各自的公共接地极，二者不必有金属连接，各站点的接地方法同集中布置的DCS设备。5类双绞线或DP屏蔽双绞线必须穿镀锌钢管或金属桥架敷设，钢管或桥架必须可靠接地。当雷击，或者电气事故造成两边地电位差过大时，信号避雷器可以保护两边的设备。
　　三、DCS系统的接地原则
　　3．1DCS系统设备应设置的接地装置
　　（1）操作台、打印台、服务器柜：设有保护地螺钉。
　　（2）继电器柜、UPS柜、配电柜：设有保护地螺钉。
　　（3）DCS的I/O机柜：设有屏蔽接地汇流排，保护地螺钉。系统地(+24V地)悬浮。
　　（4）仪表柜、手操盘台：设有屏蔽地接地汇流排，保护地螺钉。
　　（5）安全栅柜：设有屏蔽地接地汇流排，本安地接地汇流排，保护地螺钉。
　　3．2信号屏蔽及其接地。根据有关技术规定要求，计算机或DCS系统信号电缆的屏蔽层不得浮空，必须接地，其接地方式应符合下列规定：
　　（1）当信号源浮空时，屏蔽层应在计算机侧接地；
　　（2）当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地；
　　（3）当放大器浮空时，屏蔽层的一端与屏蔽罩相连，另一端宜接共模地(当信号源接地时，接信号地。当信号源浮空时接现场地)。
　　（4）当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时，应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。
　　3．3DCS系统接地电缆及信号电缆的选择与敷设。
　　电缆的合理选型和布设可以有效地减少外部环境对信号的干扰以及各种电缆之间的相互干扰，提高DCS系统运行的稳定性。信号分类见下表：
　　

　　（1）选型应严格按照有关规定执行，这些在设计图纸中一般有明确表示。总的原则是根据设计选择合适电缆，接地应采用多股铜芯绝缘电线或电缆，特别注意对截面积、阻燃等的要求。为了提高DCS系统的抗干扰能力，对于Ⅰ类信号电缆，必须采用屏蔽电缆，有条件时最好采用屏蔽双绞电缆；对于Ⅱ类信号，尽可能采用屏蔽电缆，其中Ⅱ类信号中用于控制、联锁的模入模出信号、开入信号，必须采用屏蔽电缆，有条件时最好采用屏蔽双绞电缆；对于Ⅲ类信号，最好为屏蔽双绞电缆；对于Ⅳ类信号，有条件时建议采用屏蔽双绞电缆。
　　（2）布线时，对于Ⅳ类信号严禁与Ⅰ、Ⅱ类信号捆在一起走线，应作为220V电源线处理，与电源电缆一起走线，对于Ⅲ类信号，允许与220V电源线一起走线（即与Ⅳ类信号相同），也可以与Ⅰ、Ⅱ类信号一起走线。但在后者情况下Ⅲ类信号必须采用屏蔽电缆，最好为屏蔽双绞电缆，且与Ⅰ、Ⅱ类信号电缆相距15cm以上。绝对禁止大功率的开关量输出信号线、电源线、动力线等电缆与直接进入DCS系统的Ⅰ、Ⅱ类信号电缆并行捆绑，绝对禁止采用一根多芯电缆中的部份芯线用于传输Ⅰ类或Ⅱ类的信号，另外部分芯线用于传输Ⅲ类或Ⅳ类信号，严禁同一信号的几芯线分布在不同的几条电缆中（如三线制的热电阻）；如果信号电缆和电源电缆之间的间距小于15cm时，必须在信号电缆和电源电缆之间设置屏蔽用的金属隔板，并将隔板接地。接地电缆可与Ⅰ、Ⅱ类信号电缆一块布线。
　　四、DCS接地容易出现的问题及应对措施
　　经验表明，在调试、试运阶段，很多热控系统的故障是由于接地不当引起的。
　