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仪控系统信号干扰和卡件安全问题浅析与防范

--仪控系统信号干扰和卡件安全问题浅析与防范

供稿:北京平和创业科技发展有限公司 2011/2/10 16:51:00

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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。

(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

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