Abstract Concisely analyses the possible factors that cause the signal interference or Module Destruction in power plant’s I&C system. With some examples, we give out some measures.
Key Words：I&C system,signal interference,signal spacing,grounding
摘要 本文通过简要分析仪表和控制（I&C）系统中产生信号干扰，和可能引起卡件过电压而烧毁的不安全因素，针对性地提出一般解决方法，并结合具体事例，总结了防范措施。
关键词：仪控系统，信号干扰，信号隔离，接地 随着火力发电厂单元机组容量的扩大和自动化程度的不断提高，仪控系统监视、控制的I/O点数众多，对电厂的安全、经济、简便运行起到越来越重要的作用，电厂的日常维护和检修也大量涉及到
DCS等仪控系统。但是在基建、调试、运行或者检修中，系统的信号受到干扰、硬件损坏现象却屡见不鲜，造成了一定的经济损失，并对电厂的安全生产构成很大威胁。如今系统卡件高度集成化，耐电压冲击能力小，价格又昂贵，因此有必要关注这些问题，不断积累经验，采取有效的防范措施。
1 仪控系统的信号干扰因素 干扰又叫噪声，是窜入或叠加在系统电源、信号电缆上的与信号无关的电信号。干扰会造成测量的误差、严重的干扰可造成设备损坏。常见的干扰有以下几种：
（1）传导干扰 1）当几种信号电缆在一起传输时，由于绝缘材料老化、漏电而影响到其它信号，即在其它信号中引入干扰。 2） 在一些现场执行机构中，采用220V电源供电，有时设备烧坏，或者人为因素，造成电源与信号电缆间短路，强电窜入弱电，造成较大的干扰和设备损坏。 3） 由于接地不合理引起的共模干扰。如果信号电缆的两端同时接地，则两点的接地系统可能出现电位差异△E，可能会在信号电缆上产生一个很大的环流，叠加在信号电流上，造成模拟量信号波动，严重时可能引起卡件故障。 4） 在运行过程中，卡件发出的采集信号长时间接地，形成的接地电流超过允许值，导致通道损坏。 以上这几种传导干扰中，由于现在仪控系统自身的设备状态都有保障，因此，由于绝缘材料老化或设备烧坏等原因引起的干扰较少出现，而由于接地引起的干扰较为常见，也比较难以捉摸，应该给予足够的重视。
（2）电容电感耦合干扰 在被控现场，往往有很多信号走电缆槽或者走电缆管同时接入控制系统，这些信号电缆在一起走线，之间均有分布电容存在，会通过这些分布电容将干扰加到别的信号电缆上。另外，在交变信号电缆的周围会产生交变的磁通，而这些交变磁通会在并行的导体之间产生电动势，这也会造成线路上的干扰。
（3）大型电气设备引起的干扰 在大型电气设备启动和开关装置动作频繁的地方，电动机的启动、开关的闭合产生的火花会在其周围产生很大的交变磁场．这些交变磁场既可以通过在信号电缆上耦合产生干扰，也可能通过在电源电缆上耦合产生高频干扰，这些干扰如果超过容许范围，也会影响系统的工作。
（4）其它因素 雷击可能在系统周围产生很大的电磁干扰，也可能通过各种接地线引入干扰。静电也往往成为毁坏系统设备的杀手。
2 防止干扰和设备损坏的一般方法 （1）系统电源 系统电源应该有冗余，各路配电模件应该有独立的截峰二极管（过压）、自动断路器（过流）等保护。供电系统最好采用隔离变压器，使DCS系统接地点和动力强电系统接地点独立开来，并采用电源低通滤波器来消除电网上的高次谐波。为避免波动，DCS供电要尽量来自负荷变化小的电网上。要严格防止强电通过端子排线路串入DC24V供电回路，并定期检查
机柜电源系统是否正常、供电电压是否在规定范围内、系统接地是否可靠、良好、线路绝缘是否合格，停、送电按要求程序执行。通过以上工作，这方面的风险就可以有效避免。
（2）电缆敷设 强电电缆与弱电电缆应分开敷设，电源电压220V以上、电流10A以下的电源电缆和信号电缆之间的距离要大于150mm，电源电压220V以上、电流10A以上的电源电缆与信号电缆之间的距离应该大于600mm。若只能放在同一桥架内，之间要装隔离板。热工电缆不可放在高压电场内。对于电容式设备的二次电缆，比如电容式电压互感器的二次电缆，施工要与地靠近平直。在发
电机等附近有较强辐射处，要注意应该有铜皮或铝箔等做成密封箱，来起到屏蔽作用。信号回路必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。
（3）信号隔离 对于模拟量输入输出（AI/AO）回路，要防止从现场来的强电串入卡件，以及就地设备与DCS系统不共地可能产生的电势差。重要回路应该采取信号隔离器。对于数字量输入输出（DI/DO）回路，常用的解决方法就是对DI/DO信号采用继电器隔离。比如对于一个马达控制关反馈输入回路：现场的常开接点闭合时，继电器线圈带电，输出接点闭合，接点信号引入开关量采集卡件。这样，强电就不会串入卡件的信号回路，发生故障时，也主要检修隔离的外回路。采用继电器进行信号隔离的缺点是：需要给外回路添加供电回路；采用电磁隔离和光电隔离技术的开关量隔离器，可以减少为外回路供电的工作量。
（4）防静电和避雷措施 进入控制室和电子室，要穿防静电工作服，触摸模块时，必须带静电释放腕套。检修中，从机架上拆下的卡件要放在接地良好的防静电毡上，不能随意摆弄。采取综合的防雷措施，尤其是DCS系统不能和电气及防雷接地公用接地网，并且之间距离要满足要求。
3 实例 浙江某厂控制系统所采用的DCS系统，系统机柜内部各卡件正常工作电压为DC20～30V，卡件静态摧毁电压为DC33V，电压超过DC33V，则可能造成卡件烧坏（一般与承受的电压和时间的长短有关，电压越大，越短时间就可以烧坏）。若有强电如220V、380V引入卡件，则马上就可导致卡件烧坏。在基建和检修中，多次发生卡件和通道损坏事件，造成一定的损失和安全隐患。 2号机组检修后试运行时，送风机动叶位置反馈信号出现失真：控制指令为50％开度，但是位置反馈信号围绕50％上下以较大幅度波动，2块冗余的280卡件采集得到的信号都是如此。查就地信号没有故障，因此判断可能是接地问题引起的。如图1，现场送风机动叶调节电动门的位置信号变送器自带电源，电源有接地点A，和DCS系统接地点B可能存在电势差，不对称接地在信号回路上产生电流，叠加在4～20mA的模拟信号上。 采取的措施是在信号回路C/D处增加信号隔离器，使干扰回路被断开，信号恢复了正常。
图1 信号回路多点接地引起干扰举例 内蒙某厂3号机组调试、试运直至机组稳定运行阶段，汽机监视系统（TSI）一直存在因电气拉合一些刀闸而使信号阶越变化的现象。比如：某次在机组并网后（转速=3000转/秒），TSI系统各瓦振动、DCS转速测量回路因电气开关5013-2合闸而出现较大幅度的变化，直接导致TSI机柜汽机转速信号小于2900转/秒。并且，由于TSI系统各瓦振动信号阶跃变化，而使某一瓦振动数值瞬间超过180µDA，直接触发机械通道1、2跳闸。
屏蔽电缆两端接地引起的干扰举例 分析原因认为：刀闸拉合过程中，对母线的充放电过程和电源侧的电位变化相互作用，产生高频电流分量，在母线上传播反射形成高频电流和电压。高频电流经电容设备流入地网，据资料介绍此电流值会达到1000A。由于地网及导线对于高频电流有感抗，所以在地网局部有电位升高现象。由于TSI系统信号电缆屏蔽层两端接地，虽然对于外部电磁场有很好的屏蔽作用，但是在地网电位差的作用下在屏蔽层产生电流，形成对信号电缆的干扰。 将部分现场接地的屏蔽电缆在TSI机柜端浮空（图2，A），并在热工探头上采取一些抗干扰措施，基本解决了问题。
4 结束语 由此看来，在仪控系统应用中，接地问题是非常值得关注的。接地设计其实是一个复杂的系统工程，在接地系统设计中要考虑到仪控系统的干扰问题，并在基建当中，要就这些问题向有关设备商交待清楚。另外，针对仪控系统干扰和安全问题，要求我们熟悉现场，采取适当综合的措施，就能在最大程度上保证系统的正常安全运行。
参考文献： 1 GB/T－13926.工业过程测量和控制装置的电磁兼容性
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