本文分析了各種干擾因素對發(fā)電廠控制系統(tǒng)的干擾，指出在發(fā)電廠在工程實施及運行中必須綜合考慮控制系統(tǒng)的抗干擾性能，并結合XX電廠一二期工程提出了幾種有效的抗干擾措施。
【關鍵詞】控制系統(tǒng)干擾隔離接地
1概述
隨著發(fā)電廠控制技術的不斷發(fā)展，目前分散控制系統(tǒng)（DCS）、可編程控制系統(tǒng)（PLC）、現(xiàn)場總線（FCS）技術在發(fā)電廠生產(chǎn)過程控制中得到廣泛的應用?？刂葡到y(tǒng)的可靠性直接影響到發(fā)電企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行，系統(tǒng)的抗*力是關系到整個系統(tǒng)可靠運行的關鍵。自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型控制設備，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場和各電機設備上，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求生產(chǎn)廠家提高設備的抗*力；另一方面，要求工程設計、安裝施工和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能
2干擾源對系統(tǒng)的干擾
2.1干擾源及干擾分類
影響控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。
干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質(zhì)不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成。共模電壓有時較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電室，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高，有的可高達130V以上。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些系統(tǒng)I/O模件損壞率較高的主要原因），這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種直接疊加在信號上，直接影響測量與控制精度，現(xiàn)在解決共模、差模干擾比較通用省事的放法是在原電路上加信號隔離器，可非常有效解決。
2.2控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源
2.2.1來自空間的輻射干擾
空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡、電氣設備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復雜。若系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi)，就回收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對控制設備內(nèi)部的輻射，由電路感應產(chǎn)生干擾；而是對控制設備通信網(wǎng)絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設備布置及設備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是頻率有關，一般通過設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。
2.2.2來自系統(tǒng)外接線的干擾
主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在發(fā)電現(xiàn)場較嚴重。因為發(fā)電廠是強電場和強電磁場密集地方。
2.2.2.1來自電源的干擾
實踐證明，因電源引入的干擾造成控制系統(tǒng)故障的情況很多，由于控制系統(tǒng)的供電大都來自電廠的供電網(wǎng)絡，其覆蓋全廠，電網(wǎng)內(nèi)部的變化，如開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過配電線路傳到電源?？刂齐娫赐ǔ２捎酶綦x電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，隔離是不可能的。
2.2.2.2來自信號線引入的干擾
與控制系統(tǒng)連接的各類信號（信號線和控制指令線）傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機?？刂葡到y(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。所以檢測端信號加隔離非常重要（例：北京平和PH系列隔離器產(chǎn)品）,既可以保證信號傳輸精度，還可以保護系統(tǒng)I/O模件不被損壞。
2.2.2.3來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾
接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使系統(tǒng)將無法正常工作。
控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。
例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時，地線電流將更大。
此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)有會出現(xiàn)感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響邏輯電路和模擬電路的正常工作。邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響邏輯運算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。（例北京平和隔離器也可有效解決信號共地問題）
2.3來自系統(tǒng)內(nèi)部的干擾
主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于制造廠對系統(tǒng)內(nèi)部進行電磁兼容設計的內(nèi)容，比較復雜，作為應用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應用實績或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)
3工程實施中主要抗干擾措施
為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內(nèi)外電磁干擾，必須從設計階段開始便采取三個方面抑制措施：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統(tǒng)的抗*力。這三點就是抑制電磁干擾的基本原則。
控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程，要求制造單位設計生產(chǎn)出具有較強抗*力的產(chǎn)品，且有賴于使用部門在工程設計、安裝施工和運行維護中予以全面考慮，并結合具有情況進行綜合設計，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運行可靠性。主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種如果抑制措施。主要內(nèi)容包括：對系統(tǒng)及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外引線進行加裝隔離器，特別是原理動力電纜，分層布置，以防通過外引線引入傳導電磁干擾；正確設計接地點和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。
3.1采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾
在控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源（如CPU電源、I/O電源等）、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的?，F(xiàn)在，對于PLC系統(tǒng)供電的電源，一般都采用隔離性能較好電源，而對于變送器供電的電源和PLC系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數(shù)大，抑制*力差，經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以，對于變送器和共用信號儀表供電應選擇分布電容小、抑制帶（如:使用北京平和公司隔離配電器），可以減少PLC系統(tǒng)的干擾。此外，位保證電網(wǎng)饋點不中斷，可采用在線式不間斷供電電源（UPS）供電，提高供電的安全可靠性。并且UPS還具有較強的干擾隔離性能，是一種PLC控制系統(tǒng)的理想電源。
3.2電纜敷設
為了減少動力電纜輻射電磁干擾，尤其是變頻裝置饋電電纜。筆者在某工程中，采用了銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，從而降低了動力線生產(chǎn)的電磁干擾，該工程投產(chǎn)后取得了滿意的效果。不同類型的信號及控制電纜分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類與動力電纜分層敖設，嚴禁用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敖設，以減少電磁干擾。另外對于信號電纜及控制電纜應采用屏蔽電纜
3.3硬件濾波及軟件抗干擾措施
信號在接入計算機前，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾；在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。由于電磁干擾的復雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的，因此在PLC控制系統(tǒng)的軟件設計和組態(tài)時，還應在軟件方面進行抗干擾處理，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施：數(shù)字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾；定時校正參考點電位，并采用動態(tài)零點，可有效防止電位漂移；采用信息冗余技術，設計相應的軟件標志位；采用間接跳轉(zhuǎn)，設置軟件陷阱等提高軟件結構可靠性。
4正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)
發(fā)電廠控制系統(tǒng)的接地對控制系統(tǒng)抗干擾尤為重要，接地方式的好壞將直接影響控制系統(tǒng)的性能。接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。
4.1PLC控制系統(tǒng)接地：
PLC控制系統(tǒng)它屬高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHz，所以PLC控制系統(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應采用串聯(lián)一點接地方式。
用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于22mm2的銅導線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于2Ω，接地極埋在距建筑物10~15m遠處，且PLC系統(tǒng)接地點必須與強電設備接地點相距10m以上。信號源接地時，屏蔽層應在信號側(cè)接地；不接地時，應在PLC側(cè)接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，并經(jīng)絕緣處理。選擇適當?shù)慕拥靥巻吸c接點。在PLC控制系統(tǒng)中，具有多種形式的“地”，主要有：
信號地：是輸入端信號元件－傳感器的地
交流地：交流供電電源地N線，通常是產(chǎn)生主要噪聲的地方
屏蔽地：一般為防止靜電、磁場感應而設置的外殼或金屬絲網(wǎng)，通過專門的銅導線將其與地相連。
保護地：一般將機器設備外殼或設備內(nèi)獨立器件的外殼接地，用以保護人身安全和防護設備漏電。
以上幾種情況現(xiàn)場沒有解決好可以選適合自己使用的隔離器產(chǎn)品解決共地干擾問題。
4.2DCS系統(tǒng)的接地：計算機控制系統(tǒng)中的“地”有兩類。其一是設備的外殼及屏蔽層，通常與大地相連。接地的目的一是避免機殼帶電而影響人員及設備的安全，二是保持機殼及屏蔽層與大地等電位，起到屏蔽外部電磁場干擾的作用。另一類是電源或信號的參考地位。在微機控制系統(tǒng)中，即有模擬量信號，又有數(shù)字量信號，還有電源（直流）電壓的地端。這些信號的地zui終就是直流電源的地。為防止公共阻抗產(chǎn)生的干擾，采用“匯流條分別走線”進行處理，即在電路中把模擬地與數(shù)字地分開，采用匯流條分別走線，zui終在一點把兩個地接在一起。信號的屏蔽層采用單點接地原則，可以防止不同接地點之間的電位差（Ucm）通過屏蔽層形成電流回路，產(chǎn)生干擾。
不同型式的DCS系統(tǒng)對接地要求不同，但歸根結底是滿足“一點接地”的要求。整個接地系統(tǒng)zui終只有一點接到接地網(wǎng)上，并滿足接地電阻的要求。DCS系統(tǒng)的接地要求應該是確定的、完整周全的，不能為迎合用戶的不同要求而改變。
電廠環(huán)境下，要求DCS有較強的抗*力，用戶希望接地方式及接地電阻的要求寬松一些。但只有嚴格按廠家要求實施系統(tǒng)接地，才可保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，也方便在某些故障情況下盡早排除
不良接地因素
