接地在電廠控制系統中的應用

隨著電力工業的迅速發展和熱工自動化水平的提高，分散控制系統（DCS）已在國內許多大中型火電廠中廣泛採用，這對保證電廠安全、經濟和文明執行起到了十分重要的作用，並取得了良好的效果。DCS 可靠的接地系統，是保障DCS 安全執行的前提之一。

控制系統採用接地的目的，是為了防止供電系統或控制系統裝置出現問題時，有效的接地系統能承受過載電流，並將其迅速洩漏排放到大地中；為控制系統裝置提供遮蔽層，消除電子噪音干擾；為整個控制系統提供公共訊號參考點（即參考零電位）。

1 DCS 系統接地的型別

接地的作用總的來說只有兩種，一為抑制干擾，一為保護人和裝置的安全。因此相應的就有工作接地和保護接地之分。

保護接地：為了保護裝置和人身安全，對電氣裝置可能接觸到的金屬部位採取的接地。當電氣裝置故障漏電至外殼，若無保護接地，人觸及則形成與地通電，危及人身安全。

工作接地：為了各種訊號不受或少受外界干擾而採取的接地。如計算機系統內不同性質的接地、遮蔽電纜遮蔽層芯線的接地。

2 DCS 系統接地方式

DCS 系統一般接地方式有三種：

1）利用電氣接地網作為DCS 接地網，即與電氣接地網共地；

2）設DCS 系統專用獨立的接地網；

3）設DCS 專用接地網，經接地線、再接至電氣接地網；現在DCS 系統較多的採用專用的接地網。這種接地方式優點是系統獨立、接線可靠，並且不會由於電氣迴路接地系統出現故障而影響到控制系統執行；存在的缺點是：佔地面積太大、投資高、電纜及接地網鋼材耗量大、距廠房有相當的距離（因不易在廠房內找到合適的位置），管理、維護、測量及查詢接地極和接地線不方便。許多電廠也採用設DCS 專用接地網，經接地線、再接至電氣接地網這種方式，其接地效果也非常良好。無論這兩種接地方式結構如何變化，它必須滿足以下的幾個技術指標：

1）電氣接地網的電阻（—般小於0。5 歐）；總接地板至DCS 總接地板連線系統的電阻；總接地板至DCS 機櫃不同性質接地的連線電纜的電阻；接地極電阻以及它們之間的接地電阻等“一般不得大於 2Ω”。

2）對接地極的要求

DCS 系統獨自使用一個地極時，這個地極與建築地極或其他地極要有大於5 米的距離，距離避雷針地極要大於10 米。接地極周圍不要有大型電力裝置的地極。有能力處理一些安全的非正常的電流強行透過，有足夠低的阻抗（電阻）。

3）接地極與電氣接地網（接地幹線）接地導線的連線均用焊接，以減少接觸電阻，並做防腐處理。 當銅導線（接地用電纜芯導線）與地極 （一般是用鍍鋅角鋼製成）和電氣接地幹線（一般是用鍍鋅扁鐵製作）連線時，最好用銀焊。

4）接地點的選擇應避開高電壓大電流接地點及地下管道，高壓電纜，地上應做出地極標誌，以利以後大、小修期間識別和檢測（測接地電阻）維修方便。

3 接地系統不當或接地系統出現問題時可造成下列危害：

3。1 測量資料誤差

某電廠採用和利時公司MAC5 控制系統，在其汽機與鍋爐DAS 控制單元中，部分測點（汽機的本體溫度測點80 個，與鍋爐壁溫測點等126 個）選用資料匯流排的測量方式（選用FBM-185 卡件）。這種測量方式有效的節約了測量電纜的敷設節約了大量的資金。在機組安裝除錯過程中發現汽機本體溫度測點中，中壓缸上下壁與內外壁溫度出現測量誤差大的現象，當機組冷態汽態缸溫到達90-110℃和250-300℃這兩個區間時，上述四個點出現異常變化，測量溫度由21-210℃和130-460℃大範圍的變化，讓執行人員無法監視，當溫度超過115℃和305℃後測量訊號又穩定正常。檢查測點與系統通訊均正常，更換卡件上述現象仍然存在，熱控人員與裝置廠家多方聯絡討論發現，F185 卡件底板的接地線未接好導致訊號干擾出現上述情況，將故障處理後測量訊號均正常。

3。2 控制系統硬體故障

為消除接地不合理引入干擾訊號，DCS 系統機櫃不允許直接與建築物鋼筋相連，專用接地極周圍不得有大型電力裝置接地極。接地均應遵循“一點接地”的要求，即整個接地系統最終只有一點接入“電氣地”。但是在實際工程中往往會出現不符合規程規定的情況出現。例如， 某電廠選用上海FOXBORO-IA 控制系統，在除錯過程中發現操作員站頻繁出現“宕機”現象，熱控工作人員重新啟機恢復系統後工作正常，但執行不長的時間上述現象重新出現，經廠家檢查發現所有操作員主機放置的DCS 操作檯與配置底座間無隔離，這可能是操作員站“宕機”的原因，後在操作檯與底座間加裝絕緣墊，上述現象基本消失。

4 訊號遮蔽及其接地

按規程規定要求， DCS 系統訊號電纜的遮蔽層不得浮空，必須接地，其接地方式應符合下列規定：

（1）當訊號源浮空時，遮蔽層應在計算機側接地；

（2）當訊號源接地時，遮蔽層應在訊號源側接地；

（3）當放大器浮空時，遮蔽層的一端與遮蔽罩相連，另一端宜接共模地（當訊號源接地時，接訊號地。當訊號源浮空時接現場地）。

（4）當遮蔽電纜途經接線盒分斷或合併時，應在接線盒內將其兩端電纜的遮蔽層連線。

以上四種訊號遮蔽接線方式，為目前各電廠所採用的遮蔽接線的標準。但是筆者認為對訊號電纜的遮蔽接地，原則上是規定一端接地，另一端懸空。但單端接地只能防靜電感應（即電容性耦合），不能防磁場強度變化所感應的電壓（即電感性耦合），在一些比較特殊的環境下這種遮蔽方式並不能有效的防止訊號的干擾。當測點在戶外容易受到雷電波的侵入時，一端接地，另一端懸空的遮蔽方式仍然不能起到保護裝置的作用。下面我為大家介紹一種可以防止磁場強度變化所感應的電壓（即電感性耦合）的遮蔽方式，為了減少遮蔽芯線的感應電壓，僅在遮蔽層一端做等電位聯接的情況下，應採用有絕緣隔開的雙層遮蔽，外層遮蔽應至少在兩端作等電位聯接（即兩點接地）。在這種情況下外遮蔽層與其它同樣做了等電位聯接的導體構成了環路，感應出電流，因此產生減低源磁場強度的磁通，從而基本上可抵消無外層遮蔽層時所感應的電壓。為此，也可以利用金屬走線槽或穿金屬管作為第二遮蔽層，並用兩端接地的方法來實現。作為傳輸模擬訊號迴路的控制電纜和遮蔽層作為訊號返回迴路的同軸電纜，其遮蔽層宜採用集中一點接地方式，不得兩點接地。