發(fā)電廠控制系統(tǒng)抗干擾問題研究

　　1 概述

　　隨著發(fā)電廠控制技術(shù)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(shù)在發(fā)電廠生產(chǎn)過程控制中得到廣泛的應(yīng)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(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型控制設(shè)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(jī)設(shè)備上，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)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(shè)備的抗干擾能力;另一方面，要求工程設(shè)計、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強(qiáng)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(shè)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(yīng)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(dá) 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(yīng)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(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復(fù)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(shè)備內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾;而是對控制設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過設(shè)置屏蔽電纜和 PLC 局部屏蔽及高壓 泄放元件進(jìn)行保護(hù)。

　　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(dǎo)干擾。這種干擾在發(fā)電現(xiàn)場較嚴(yán)重。因為發(fā)電廠是強(qiáng)電場和強(qiáng)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(luò)，其覆蓋全廠，電網(wǎng)內(nèi)部的變化，如開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)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(jī)構(gòu)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，絕對隔離是不可能的。

　　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(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)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(yán)重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)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(jī)?？刂葡到y(tǒng)因信號引入干擾造成 I/O 模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)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(hù)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(shè)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(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯誤的接地，反而會引入嚴(yán)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(hù)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(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)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(diǎn)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(dāng)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(gòu)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(yīng)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(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降，引起對信號測控的嚴(yán)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(jìn)行電磁兼容設(shè)計的內(nèi)容，比較復(fù)雜，作為應(yīng)用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應(yīng)用實績或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)