发电厂控制系统抗干扰问题研究

1 概述

　　随着发电厂控制技术的不断发展，目前分散控制系统(DCS)、可编程控制系统(PLC)、现场 总线(FCS)技术在发电厂生产过程控制中得到广泛的应用。控制系统的可靠性直接影响到发电企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型控制设备，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高控制系统可靠性，一方面要求生产厂家提高设备的抗干扰能力;另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能

　　2 干扰源对系统的干扰

　　2.1 干扰源及干扰分类

　　影响控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。

　　2.2 控制系统中电磁干扰的主要来源

　　2.2.1 来自空间的辐射干扰

　　空间的辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对控制设备内部的辐射，由电路感应产生干扰;而是对控制设备通信网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和 PLC 局部屏蔽及高压 泄放元件进行保护。

　　2.2.2 来自系统外接线的干扰

　　主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在发电现场较严重。因为发电厂是强电场和强电磁场密集地方。

　　2.2.2.1 来自电源的干扰

　　实践证明，因电源引入的干扰造成控制系统故障的情况很多，由于控制系统的供电大都来自电厂的供电网络，其覆盖全厂，电网内部的变化，如开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过配电线路传到电源。控制电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。

　　2.2.2.2 来自信号线引入的干扰

　　与控制系统连接的各类信号(信号线和控制指令线)传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电源串入的电网干扰，这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起 I/O 信号工作异常和测量精度大大降低，严重 时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。控制系统因信号引入干扰造成 I/O 模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。所以检测端信号加隔离非常重要(例：北京平和PH系列隔离器产品),既可以保证信号传输精度，还可以保护系统I/O模件不被损坏。

　　2.2.2.3 来自接地系统混乱时的干扰

　　接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使系统将无法正常工作。

　　控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对 PLC 系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。

　　例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。

　　此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响逻辑电路和模拟电路的正常工作。逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。(例北京平和隔离器也可有效解决信号共地问题)

　　2.3 来自系统内部的干扰

　　主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统