發(fā)電廠控制系統(tǒng)幾種抗干擾問題研究

　　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。控制系統(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)的抗干擾能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)廠家提高設備的抗干擾能力；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。

　　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，絕對隔離是不可能的。

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。

　　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)的抗干擾能力。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)出具有較強抗干擾能力的產(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。