火电厂热控系统抗干扰技术.pdf

第 3 1 卷第 1 朋 2 0 0 8年 0 2月 四 川 电 力 技 术 S i c hu a n E l e c t ri c P o we rT e c h n o l o g y V o 1 ． 31 。 No ． 1 F e b． 。 2 0 0 8 火 电厂热控系统抗 干扰技术 王渝锦 四川 电力建设二公司， 四川 成都6 1 0 0 5 1 摘要 对火力发 电厂中热控系统干扰的产生及抑制进行了综合分析， 并有针对性地提出了一些抗干扰的技术措施。 关键词 仪控系统 ； 信号干扰； 抑制 Ab s t r a c t A c o mp l e t e a n a l y s i s i s c a r r i e d o u t f o r w h i c h t h e i n t e rf e r e n c e i s p r o d u c ed a n d s u p p r e s s e d i n i n s t r u me n t a n d c o n t r o l s y s t e m o f t h e r ma l p o we r p l an t ．and s o me t e c h n i c al I n e a s u I 1e s a ga i n s t the i n t e r f e r e n c e a r e po i n t ed o u t ． Ke y wo r d s i n s t r u me n t a t i o n a n d c o n t r o l s y s t e m；s i g n al i n t e r f e r e n c e；s u pp r e s s i o n 中图分类号 T K 3 2 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 6 9 5 4 2 0 o 8 O l 一0 0 9 1 0 4 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 ， 热工控制及仪表 系统监视 、 控制的 I ／ O数量越来越多 ， 对电厂的安全 、 经济 、 简便运行起 到了极其重要的作用 。电厂 的 日常维护也大量涉及 到 D C S等仪 控系统 。但是 在施工 、 调 试 、 运 行 过程 中， 因热控系统受到干扰而造成硬件损坏的现象屡见 不鲜 ， 同时 ， 对电厂 的安全生 产也构成 了很 大威胁 。 在贵阳电厂工程的调试过程中 ， 将磨机系统电气信号 送往 D C S系统过程 中， 由于窜人信号 电缆的强 电干 扰进入 D C S系统， 当即损坏 I ／ O卡件 5块之多 ， 造成 了一定的经济损失 。如今系统卡件高度集成， 耐电压 冲击能力小 ， 价格昂贵。因此 ， 在施工及调试过程 中， 应该充分考虑抗干扰问题 ， 从实际的施工建设中不断 积累经验， 采取有效的措施进行防范。 1 火 电厂热控系统的信号干扰因素 干扰就是广义的噪声 ， 乏指混杂在信息 中的无用 成分， 是人们不希望的信息总称， 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， 它会造 成i 见 0 量误差 ， 严重的干扰可能造成设备 的损坏。在火 电厂热控系统中， 干扰的产生 主要有以下几个方面。 1 ． 1 传导干扰 1 ． 1 ． 1 电缆绝缘 老化 漏 电 在大型火力发电厂 中， 需要敷设大量的电力 、 控 制 、 信号电缆。而许 多电缆在 电缆通 道 中交织在一 起， 当几种信号电缆在一起传输时， 由于绝缘材料老 化而漏电， 将其信号叠加在其它信号上 ， 即在其它信 号中形成干扰 ， 这种干扰在施] 建设期间 ， 一般不会 出现 ， 往往在机组运行相当长时间后 出现的一种干扰 形势。 1 ． 1 ． 2 设备损坏或人 为因素 在一些现场执行机构 中， 如电动阀门， 电动执行 器等， 采用 2 2 0 V或 3 8 0 V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 问短路 ， 使强 电窜 入弱电电缆之中， 形成较大的干扰 ， 以致 造成设备损 坏。这种干扰的形成很大成份属人为 因素。由此而 造成的后果也特别严重 ， 往往会促成设备损坏 ， 甚 至 人身事故的发生 ， 这种干扰是在工程施工建设期间 ， 由于管理不善或技术措施不恰 当， 而很容易出现的一 种干扰形势。例如 在陕西清水川电厂一期启动锅炉 试运 中， 软水箱水位在运行初期 ， 水位显示正常。但 是经过试运一段时问后 ， 水位在 C R T上显示不正常， 水位值不停波动。由于清水川地处北方 ， 温度在零下 2 O几度 ， 软水箱经常结冰 ， 影响锅炉正常运 行。电厂 技术人员为了解决 这一难题 ， 采用在 软水箱加 一根 1 5 0瑚 蒸 汽管， 由于水温升高 ， 超过 了投入式传感 器工作温度， 干扰了传感器正常工作， 造成元件损坏。 为了解决好测量问题 ， 采用差压水位测量方法 ， 根据 液体静力学原理计算出水位差压值 ， 校正差压变送器 的差压值， 让热工安装人员在水箱 顶部 和底 部引两 根 1 6 3无缝钢管 ， 低部端管子 引人差压变送器负 压侧 ， 顶部端管子引人正压侧 ， 管子水平端按 1 1 2敷 设 ， 同时两根仪表管子用保温材料保温， 这样保证了 测量的准确性。经过这一技术改造 ， 水箱水位i 贝 0 量不 准 、 水位波动大的技术难题得到解决。 1 ． 1 ． 3 接 地 质量 不好或 不合 理 引起 的共模 干扰 在信 号电缆的施工时 ， 如果屏 蔽层 两端 同时接 - q1 - 维普资讯 第 3 l 卷第 1期 2 0 0 6年 0 2 月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c P o w e r Te c h n o l o g y V o 1 ． 31 。 No ． 1 F e b． ， 2 0 0 8 地 ， 则两端 的接地系统可能出现 电位差异△E， 该 电 位差将会在信号电缆上产生很大的地环流， 叠加在信 号电流上 ， 造成模拟量信号波动 ， 如果这种所叠加 的 电流过高 ， 会造成卡件损坏， 进而威胁到设备的正常 运行。在分散控制系统接地施工时， 如果工艺不好 ， 会使接地电阻值增大 ， 抬高 D C S控制系统的地电位 ， 如果过高 ， 超过允许值 ， 会造成设备损坏或威胁到系 统 的安全稳定运行 。 1 ． 2电容 电感耦合干扰 在整个 系统 中， 由于传输电源及信号的大量电缆 将通过电缆槽或者电缆管同时接人控制系统， 而传输 这些信号的电缆在一起敷设时， 它们之间均存在着分 步电容 ， 而干扰信号通过这些分步电容加到别 的信号 电缆上， 使别的信号失真而被干扰。另一方面 ， 在交 变信号电缆的周围会产生交变的磁场， 而这些交变磁 场会在并行的电缆之间产生电动势 ， 这也会造成线路 上的干扰。 1 ． 3 大型电气设备启停引起 的干扰 在火力发 电厂中 ， 存在大量的高压电气设备 ， 而 大型电气设备的启 、 停在运行过程中时有发生。电动 机的启动、 开关的闭合所产生的火花 ， 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 ， 这些干扰如果超过允许范 围， 也会影 响系统的工作 。 1 ． 4 来 自空间的辐射干扰 来 自空间的电磁辐射干扰分布极为复杂， 由于在 空间中存在着雷电、 雷达、 无线电、 通信等， 它们所产 生的电磁辐射， 不仅能通过计算机内部的电路感应产 生干扰， 还可通过对计算机外围设备及通信网络的辐 射 ， 由外 围设备和通信线路的感应引入干扰。 1 ． 5 其它因素 图 1 在 火电厂中热控系统各 种干扰的存在 比率 雷击可能在系统周围产生很大的电磁干扰， 也可 能通过各种接地引入干扰。还有环境中所存在的静 - q 2 - 电也往往成为毁坏系统设备 的杀手。 综合以上分析， 干扰在系统中的产生， 是不可预见 的， 也是无法对其进行准确的分析和测量， 但从实际工 程施工中总结分析 ， 其出现的机率大致如图 1 所示。 2 干扰的抑制 2 ． 1 提高热控系统电源的稳定性及可靠性 在热控系统中， 一般设计有热工电源盘， 来为控 制系统及现场仪表提供电源。在系统电源的设计时， 应该考虑冗余供电， 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 ， 使热控接地点和动力强电系统 接地点独立开来。为避免波动， 在热控 D C S系统中， 供电电源要尽量来 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人 D C S 2 4 V供 电回路。在 D C S 应用中， 一方面对现场的电网情况提出要求， 另 一 方面应采用高可靠性的电源。在成熟的 D C S中都 对此类电源作双冗余处理。相应的系统各主机柜均 采用两路交流供电方式。一路为 U P S 2 2 0 V 供电， 另一路为电厂保安电源。电源系统的稳定， 是整个系 统工作稳定的基本前提 ， 也是热控系统抗干扰能力的 重要保证， 如果电源不稳或产生波动， 将对系统的稳 定工作带来一定的影响。 2 ． 2 正确进行电缆敷设 在施工过程中首先要安装足够 的电缆通道 ， 保证 强电电缆与弱电电缆分开敷设 。具体施工时， 确认电 源电压 2 2 0 V以上 、 电流 1 O A以下的电源 电缆和信 号电缆之间的距离要大于 1 5 0 m m， 与信号电缆之问 的距离应该大于 6 0 0 I n lT l 。例 如 广安 电厂二期 2 3 0 0 M W 给水控制系统， 给水 电动执行器投 自动 ， 电机 就带电振动。在 C R T显示反馈 量与 给定量相 差太 大 ， 执行器反馈信号到 A I 卡件偏差大。当时 ， 怀疑位 置发送器线性不好 ， 就用标准电流表检查 ， 发现执行 器没问题， 问题 出在 电缆。把电缆从 电缆槽在 中翻 出 ， 发现反馈线这根电缆是普通电缆 ， 并且 和电气强 电回路在同一层敷设 。为了解决这个问题 ， 要求热工 安装人员， 重新敷设带屏蔽 电缆 ， 弱信号电缆远离强 信号电缆， 并且屏蔽层在信号源端接地。为了防止执 行器受外界干扰， 采取在伺服放大器信号输入负端与 反馈输出负端短接 ， 这样可以抑止外界干扰。经过采 用以上方法， 信号失真问题得到解决。 维普资讯 第 3 1 卷第 1 期 2 O O 8年 0 2月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c P o we r t e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 1 ， N o． 1 F e b． ， 2 0 0 8 2 ． 3 正确的接地方法和 良好的接地工艺 在控制系统中存在着各种不同的地线 ， 如屏蔽地 线 、 信号地线 、 交流地线 、 直 流地线、 模 拟地线等。对 这些地线如何处理是浮地还是接地是一点接地 还是多点接地是分散接地还是集 中接地是控制 系统 中设计 、 安装 、 调试的一个关键问题 ， 接地是热控 系统抗干扰的主要措施 ， 对接地系统设计是否合理 、 可靠 ， 关系到系统的安全性 、 抗干扰能力的强弱及通 信系统的畅通 。在实施隔离及屏蔽时 ， 许多措施中都 需要接地。接地是解决干扰问题 的重要手段 。实践 中由于接地不 良或接法错误造成控制系统失灵甚至 损坏的事例屡见不鲜 ， 因此对 接地问题必须慎重处 理。在实际施工过程 中， 对于热控 系统 的接地， 在施 工中主要采取下面的技术措施 2 ． 3 ． 1 一 点接 地及 多点接地 的应 用原 则 根据一般的施工常识 ， 高频 信号应 就近多点接 地 ， 低频信号应采取一点接地 。这是 因为 ， 传输低频 信号 的电缆间所存在的电感并不是什么大问题 ， 相互 间不可能形成干扰 ， 然而接地线所形成的环路对干扰 影响比较大， 因此常以一点作为接地 。但一点接地不 适合于高频信号， 因为高频时， 地线上具有电感， 因而 增加了地线阻抗， 同时各地线之间又产生耦合， 当高 频很高时 ， 地线阻抗就会变得很高 ， 这时地线就变成 了天线 ， 向外辐射噪声信 号， 形成对外干扰。减小这 种干扰就是要降低地线阻抗 ， 其措施是首先在接地施 工时 ， 尽 量使 地线长度小 于 2 5 m， 或者采取 多点接 地。根 据资 料 传感 器 接 口与检 测 电路 频 率在 1 M 以下时 ， 可用一点接地 ； 而高于 1 0 MH z 时 ， 应多 点接地； 在 1 ～1 0 MH z 之问， 如用一点接地 ， 其地线长 度不得超过波长的 1 ／ 2 0 ， 否则应采取多点接地 。 2． 3 ． 2 现 场 热控设备 的接 地 方法 在火电厂热控系统 中， 现场有大量 的设备 ， 包括 变送器 、 控制箱、 接线盒 以及就地控制盘柜 。对这些 就地设备以最短的路径与钢结构相连 ； 如热电偶、 热 电阻温度计采取与电缆导管直接相连 ， 或者提供一个 固定连接处以达到以最短的路径和地进行连接 ， 连接 处必须牢 固可靠 ， 必要时对连接处采用电焊的方法 以 加固连接 ； 就地控制盘 、 台 、 柜基础框架的每个角应与 钢结构采取电焊的方式进行连接。 2 ． 3 ． 3电缆 屏 蔽层 的处理 在电缆进入 D C S盘柜时 ， 要保持屏蔽完整 。电 缆的屏蔽体也要经接插件进行连接 ， 当两条以上屏蔽 电缆共用一个插件时 ， 每条电缆的屏蔽层都要单独用 一 个接线端子。否则 ， 容易造成地环路使电流在各屏 蔽层中间流动 ， 形成干扰。低电平 电缆的屏蔽层要一 端接地 ， 屏蔽层外面要有绝缘层 ， 以防与其 它地线接 触相碰 。在广安电厂二期工程 4号机组的试运过程 中， 汽轮机监视系统 I 经常出现因一些 电气设备 拉合闸而使信号发生 阶跃变化 ， 如 在一次直流油泵 的合闸过程 中， 使 1号轴 承振动信号发生 阶跃变化 ， 其瞬时脉冲达到 4 0脚 之多 ， 直接导致机组跳 闸。在 原因分析过程中， 发现在 1 号轴承振动信号电缆屏蔽 层的接地如图 2 。 图 2 屏蔽 电缆两端接地引起 的干扰分析 当直流油泵启动时， 在拉合闸过程中， 对母线的 充放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 电容设备流人地 网， 据资料介绍 ， 此 电流可 能达到 1 0 0 0 A以上 ， 由于地 网及导线对高频 电流有 感抗 ， 所 以在地网局部区域有电压升高现象 ， 由于 T S I 中其 1 号轴承振动信号的屏蔽电缆两端接地 ， 虽然对 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。 因此 ， 对这种低电平电缆必须采取一端接地的方式进 行连接。 2 ， 3 ， 4 接地施工时应保证 良好的施工工艺 在接地线施工时 ， 一般会进行大量 的金属连接 ， 从而形成许多金属连接点 ， 这些金属连接点施工的好 坏 ， 将对接地 电阻的阻值产生很 大影响。因此 ， 在选 择接线时 ， 一般选用铜作为接地材料 ， 以防这种噪声 电压 的产生 。 2 ， 4对重 要 回路采取 隔离技 术 对于模拟量输入／ 输 出 A I ／ A O 回路， 要防止从 现场来的强 电窜入卡件 ， 以及 就地设 备与 D C S系统 不共地可能产生电势差 ， 这种电势差在信号 回路 中产 生电流， 对信号 进行干扰。对于这种干扰 ， 主要采用 信号隔离器进行抑制。在清水川 电厂一期启动锅炉 9 3 维普资讯 第 3 l 卷第 1 期 2 0 0 8年 0 2月 四 川 电 力 技 术 S i e h u a n E l e c tr i c P o we r r e c h n o l o g y V o 1 ． 31 ， N o． 1 F e b ． ， 2 0 0 8 工程试运时 ， 其引风机挡板调节机构的位置反馈信号 出现失真， 当指令为 5 0 ％时， 其不定时地上下波动， 当指令 为 1 0 0 ％时 ， 在反馈调整 到 1 0 0 ％一段时 间之 后 ， 又发生波动 ， 甚 至有时低 到 8 0 ％左右 ， 严重影响 了风量的调节 。 在进行信号失真分析过程中， 核查 了 其信号采集没有故障 ， 因此初步认为是干扰所致 。在 现场检查发现存在 以下一些问题 一是执行机构的信 号电缆由于条件限制 ， 敷设在 电气专业的电缆沟最底 层桥架上 ， 虽然和 电气高压电缆有一定距离 ， 但高度 不够 ， 容易受到干扰 ； 另一方面 ， 由于执行机构的位置 反馈 电路是 由执行机构 自身提供 电源 ， 其电路和执行 机构一起就地进行 了接地 ， 而 D C S端的 A I 通道也通 过机柜接地 ， 形成两点接地的情况 ， 违背了一点接地 的原则。由于这种不对称接地所产生的电势 △ E 、 加 上其信号电缆位于强电干扰环境的原因， 使其所形成 的电流叠加在信号上 ， 造成 信号发生 波动。这种干 扰， 主要采取在回路中加装信号隔离器， 断开干扰回 路 ， 以对干扰进行 抑制。对于数字量输入 出 D I ／ o o 回路 ， 常用的解决方法是对 D I ／ D O信号采用中间 继电器进行剥离。如对一个马达控制开关反馈输入 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 电就不会串入卡件及信号回路 ， 发生故障时， 也主要 检修隔离的外回路。 2 ． 5 防静电措施 在 D C S调试过程 中， 进入控制室及 电子设备室 ， 要穿防静电工作服 ， 在 D C S卡件拔插时， 要戴 防静 电 手套 ， 在电子设备室土建设计 时 ， 应考 虑采用防静电 地板 ， 以减少静电所形成的干扰对 D C S 系统的威胁。 3 通过软件技术解决抗干扰问题 火力发电厂属庞大的系统工程 ， 现场干扰复杂 ， 虽然通过各种硬件措施大大地对干扰进行了抑制 ， 但 由于其不可见性以及出现的不确性 ， 因此仍会有干扰 通过各种途径窜入系统 中， 所 以仅仅依靠硬件措施要 想从根本上消除干扰是不可能的， 因此在进行软件设 计和组态时， 还必须在软件方面进行抗干扰处理 ， 进 一 步提高系统的安全可靠性 。 4 结束语 火力发电厂热工仪表及控制系统抗干扰是一个 重要 的技术问题 ， 在 系统 的设备选型 、 工程设计和安 装调试过程中都要考虑现场的干扰情况 ， 并对系统采 取抗干扰措施 ， 利用软硬件技术去解决系统中存在 的 或可能存在的干扰问题， 才能有效地提高整个系统的 安全可靠性。 收稿日期 2 0 0 7 1 0 1 2 上接 第5 6页 4结论 1 Is 系列 的变压器带额定负荷 的 5 0 ％ ～6 o ％时 效率最高 ， 损失率最小。 2 根据负荷损耗曲线看出， 当 SS 。 时高 电压 运行 ， SIs 3 时应并列运行 ， SS 时应单台运行。 5 对于两台主变压器容量不相等 的变电站并列 运行的临界点 可按式 1 1 、 式 1 2 求取。当 SS 时 ， 单台小容量主变压器运行 ； 当 S S 时 ， 两 台主变压器 并列运行 。 6 三绕组降压变压器 ， 中、 低压侧的负荷按式 5 计算结果进行分配线损最低。 7 现已实现无人值班或综合自动化的变电站， 可 通过计算机应用数学模型式 1 6 、 式 1 7 、 式 1 8 来 实现对 电力变压器经济运行方式的控制。 由于农村用电负荷具有季节性强的特点 ， 因而农 村变电站主变的负载情况也随着季节 的不 同而发生 显著变化。同时， 主变压器在运行时也客观地存在着 部分功率损失， 这样就应认真地考虑主变压器运行的 经济性 问题 。在具有两 台主变压器的农村变电站中， 通过对主变压器运行分析 ， 根据主变负载的变化 ， 改 变其运行方式， 以提高主变 的工作效率 ， 从而达到降 低电力变压器功率损失的目的。结果既节约了能源 ， 同时也延长了电力变压器的使用寿命。 { 收稿时间 2 0 0 7 1 0 2 4 维普资讯