DCS接地系统初探

(内蒙古京能富祥发电有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010010)
摘 要：文章分析了接地系统对DCS干扰的成因，并提出 了改进方法。
关键词：DCS；接地；屏蔽
中图分类号：TM727  文献标识码：A  文章编号：[HT K]1007—6921(2009)07—0232—02

随着科学技术的发展，热工自动化水平的提高，分散控制系统(DCS)已在国内各电厂中得到 广泛应用，DCS控制系统的可靠性直接影响到发电机组的安全、经济运行。由于DSC设备大多 处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，而其输入输出信号多有为弱电信号，因 此DCS系统的合理可靠接地已成为DCS系统重要内容之一，要求工程设计、安装施工和使用维 护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题。
1 接地系统干扰DCS的因素分析

DCS系统接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是D CS控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

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）。保护 地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。DCS系统所有 的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、端子柜等均应接保护地。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正 负5伏、正负12伏的负端。屏蔽地也叫模拟地，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，防止形成闭合回路干扰。铠装电缆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。

如果这些接地系统混乱使得DCS系统的各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位 差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层 两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电 流将更大。

此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有 会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其他接地处理 混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响DCS内逻辑电路和模拟电路 的正常工作。DCS工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响DCS的逻辑 运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降 ，引起对信号测控的严重失真和误动作。

由此可见当进入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，并为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（即参考零电位）。因此，完善、可靠、正确的接 地成为DCS 系统能够安全、可靠和良好运行的关键。

DCS系统一般有三种接地方式：利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地； 设D CS系统专用独立的接地网；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，计算机或DCS系统过去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。近年来，电厂DCS多使用电气接地网作为DCS系统的公共 接地极（网）接地，且效果良好。使用厂区电气接地网当着DCS系统的公共接地极（网）， 其对地分布电阻必须＜4Ω，如有本安地时对地分布电阻应＜1Ω，接地总干线的线路 阻抗＜0.1Ω，如厂区电气接地网接地电阻较大或杂乱时，应独立设置接地系统作为DCS 系统的公共接地极（网）。 

对于DCS接地极（及电气接地网接入点）应应遵循下面的原则 ：①接地极周围15m内无避雷地的接入点，10m内无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。②电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起，二者应距离以上。③接地极最好埋在距建筑物10～15m远处。

不同系统制造商的DCS系统设备的接地的连接方式因其系统结构不同而有所差别，施工维护 中应严格按系统制造商要求操作，但有一点应引起足够重视，设备的各种类型的地及不同设 备之间的接地电位应一致，常用的作法是设置汇流排，将所有地接到一起，然后再统一入大 地。如图1所示。

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。
2 DCS系统信号电缆的选择与敷设，应严格按照有关规定执行

屏蔽电缆的屏蔽层应按以上要 求进行接地。为了提高DCS 系统的抗干扰能力，DCS系统开关量输入/输出信号可选用阻燃型 对绞铜网屏蔽计算机电缆。施工、维护中应注意以下几个方面：①DCS机柜：接地螺丝因机柜本体与基础槽钢间有胶皮形成绝缘，屏蔽地汇流排与底座间绝 缘，机柜必须按规定做好接地处理。即一是分别接至接地汇流排上，二是确保机柜本体与基 础槽钢间的绝缘，避免机柜通过基础槽钢接入电气地，形成多点接地，产生电位差。②I/O柜的电源地与UPS的电源地必须接至同一个地，保证等电位。③操作员站、工程师站、网络交换机、服务器主机、系统显示器等采用外壳接地或直接将电 源地线连接至电气接地网。④I/O模件：模拟量模件直流24伏的负端接至逻辑地汇流排上，逻辑地汇流排接至屏蔽地， 再接入总接地汇流排。⑤机柜的保护地应从机柜下方的接地螺钉接至接地分干线,控制站的屏蔽地应从接地汇流排 接至公共连接板。⑥电缆的屏蔽层的接地应严格按上面的要求执行，严禁形成多点接地，特别是从电气高低压 柜引入的信号要引起足够重视，避免引入不必要的干扰，造成系统的不稳定。⑦电缆的敷设应严格执行相关规定，控制电缆和动力电缆分开，强电信号和弱电信号分开， DCS网络电缆应单设电缆槽盒。所有电缆桥架、电缆管、金属软管应按相关规定接地，且电 缆桥架、电缆管之间应避免屏蔽断开。电缆应无打圈、捆扎现象。⑧接线线盒、接线柜、机柜内电源电缆、信号电缆应分开设置，如无法分开时应有可靠的隔 离措施。电缆在接线端子侧应预留一定长度，但预留长度应在0.3m～0.6m之间，过长的电缆 应予以拆除。⑨ 接地系统的电阻必须按规定定期进行测试，以保证接地能满足控制系统制造商的要求 。
对于DCS系统的接地技术，是一项要求高的系统工程，涉及多方面的因素，还有待进一步探 索。在设计、施工中要高标准、严要求，确保DCS系统的可靠、稳定、安全运行。
［参考文献］
［1］ 火力发电厂设计技术规程［S］电力电力标准.
［2］ 赵燕平火电厂分散控制系统检修运行维护手册［S］.

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