DCS系統(tǒng)接地應(yīng)用討論

摘要：
　　DCS系統(tǒng)的可靠接地，是保證電廠DCS安全，可靠運(yùn)行的首要條件。我根據(jù)對(duì)一些電廠的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)DCS系統(tǒng)的接地，進(jìn)行了探討和簡(jiǎn)要介紹。

前 言
　　隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展和熱工自動(dòng)化水平的提高，分散控制系統(tǒng)(DCS)已在國(guó)內(nèi)各電廠中得到廣泛應(yīng)用，這對(duì)保證電廠安全、經(jīng)濟(jì)和文明運(yùn)行起到了十分重要的作用，并取得了良好的效果。
　　DCS合理、可靠的系統(tǒng)接地，是DCS 系統(tǒng)非常重要的內(nèi)容。為了保證DCS 系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制精度和安全、可靠運(yùn)行，必須對(duì)系統(tǒng)接地方式、接地要求、信號(hào)屏蔽、接地線截面選擇、接地極設(shè)計(jì)、接地箱布置等方面，進(jìn)行認(rèn)真設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌考慮。本文根據(jù)DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范要求，對(duì)DCS系統(tǒng)接地進(jìn)行討論和簡(jiǎn)要的介紹，以供大家在DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)中參考。

1、DCS系統(tǒng)接地的基本要求
DCS系統(tǒng)接地是為了保證當(dāng)進(jìn)入DCS系統(tǒng)的信號(hào)、供電電源或DCS系統(tǒng)設(shè)備本身出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，有效的接地系統(tǒng)能承受過(guò)載電流并可以迅速將過(guò)載電流導(dǎo)入大地。接地系統(tǒng)能夠?yàn)镈CS提供屏蔽層，消除電子噪聲干擾，并為整個(gè)控制系統(tǒng)提供公共信號(hào)參考點(diǎn)（即參考零電位）。當(dāng)接地系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題時(shí)(接地電阻過(guò)大，多點(diǎn)接地，接地線斷線或接地線與高電壓、大電流設(shè)備相接觸等)，會(huì)造成人員的觸電傷害及設(shè)備的損壞，據(jù)了解，有些電廠DCS系統(tǒng)經(jīng)常“死機(jī)” (或不明原因的“死機(jī)”)，大多是因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)不良或存在問(wèn)題所引起的。 因此，完善、可靠、正確的接地，是DCS 系統(tǒng)能夠安全、可靠和良好運(yùn)行的關(guān)鍵。

1.1DCS接地分類
在一般情況下，DCS控制系統(tǒng)需要兩種接地：保護(hù)地和工作地（邏輯地、屏蔽地等）。對(duì)于裝有安全柵防爆措施的系統(tǒng)如化工行業(yè)所用的系統(tǒng)，還要求有本安地。
　　1.1.1保護(hù)地（CG，Cabinet Grounding） 是為了防止設(shè)備外殼的靜電荷積累、避免造成人身傷害而采取的保護(hù)措施。DCS系統(tǒng)所有的操作員機(jī)柜、現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜、打印機(jī)、端子柜等均應(yīng)接保護(hù)地。保護(hù)地應(yīng)接至廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng)，接地電阻小于4Ω。
　　1.1.2邏輯地：也叫機(jī)器邏輯地、主機(jī)電源地，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部的邏輯電平負(fù)端公共地，也是+5V等的電源輸出地。如CPU的正負(fù)5伏、正負(fù)12伏的負(fù)端。需要接入公共接地極。
　　1.1.3屏蔽地（AG，Analog Grounding） 也叫模擬地，它可以把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳輸時(shí)所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號(hào)精度。DCS系統(tǒng)中信號(hào)電纜的屏蔽層應(yīng)做屏蔽接地。線纜屏蔽層必須一端接地，防止形成閉合回路干擾。鎧裝電纜的金屬鎧不應(yīng)作為屏蔽保護(hù)接地，必須是銅絲網(wǎng)或鍍鋁屏蔽層接地。接入公共接地極。
　　1.1.4本安地 應(yīng)獨(dú)立設(shè)置接地系統(tǒng)，接地電阻≤4Ω。本安地的接地系統(tǒng)應(yīng)保持獨(dú)立，與廠區(qū)電氣地網(wǎng)或其它儀表系統(tǒng)接地網(wǎng)的距離應(yīng)在5m以上。

1.2DCS系統(tǒng)接地方式 DCS系統(tǒng)一般接地方式
　　1.2.1利用電氣接地網(wǎng)作為DCS接地網(wǎng)，即與電氣接地網(wǎng)共地；
　　1.2.2設(shè)DCS系統(tǒng)專用獨(dú)立的接地網(wǎng)；
　　1.2.3設(shè)DCS專用接地網(wǎng)，經(jīng)接地線、再接至電氣接地網(wǎng)；
由于第三種接地方式與第二種接地方式有較多相同處，過(guò)去，計(jì)算機(jī)或DCS系統(tǒng)曾經(jīng)較多的采用過(guò)專用的接地網(wǎng)。但這種接地方式存在的缺點(diǎn)是：占地面積太大，投資高，電纜及接地網(wǎng)鋼材耗量大，距廠房有相當(dāng)?shù)木嚯x(因不易在廠房?jī)?nèi)找到合適的位置)，管理、維護(hù)、測(cè)量及查找接地極和接地線不方便，且效果不甚良好。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行表明，設(shè)置專用的DCS接地網(wǎng)是既困難又不安全的。如某電廠曾因接地問(wèn)題，造成機(jī)組跳閘數(shù)十次。根據(jù)調(diào)查，不少電廠DCS后來(lái)改用電氣接地網(wǎng)接地，取得了良好的效果。

1.3對(duì)公共接地極（網(wǎng)）的要求
　　1.3.1當(dāng)廠區(qū)電氣接地網(wǎng)對(duì)地分布電阻≤4Ω時(shí)，可將廠區(qū)電氣接地網(wǎng)當(dāng)著DCS系統(tǒng)的公共接地極（網(wǎng)）。
　　1.3.2當(dāng)廠區(qū)電氣接地網(wǎng)接地電阻較大或雜亂時(shí)，應(yīng)獨(dú)立設(shè)置接地系統(tǒng)，即為DCS系統(tǒng)的公共接地極（網(wǎng)）。


1.3.3沒(méi)有本安地接入的公共接地極（網(wǎng)）的對(duì)地分布電阻小于4歐姆；有本安地的小于1歐姆。接地總干線的線路阻抗小于0.1歐姆。
　　1.3.4接地極周圍15米內(nèi)無(wú)避雷地的接入點(diǎn)，8米內(nèi)無(wú) 30KW 以上的高低壓用電設(shè)備外殼的接入點(diǎn)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法滿足該條件時(shí)，防雷保護(hù)地通過(guò)避雷器/沖擊波抑制器與公共接地極的主干線相連。電焊地切勿與公共接地極及其接地網(wǎng)搭接在一起，二者應(yīng)距離10米以上。

2、DCS系統(tǒng)的接地原則
2.1DCS系統(tǒng)設(shè)置的接地裝置
　　2.2.1操作臺(tái)、打印臺(tái)、服務(wù)器柜：設(shè)有保護(hù)地螺釘。
　　2.2.2繼電器柜、UPS柜、配電柜：設(shè)有保護(hù)地螺釘。
　　2.2.3DCS的I/O機(jī)柜：設(shè)有屏蔽接地匯流排，保護(hù)地螺釘。系統(tǒng)地(+24V地)懸浮。
　　2.2.4儀表柜、手操盤臺(tái)：設(shè)有屏蔽地接地匯流排，保護(hù)地螺釘。
　　2.2.5安全柵柜：設(shè)有屏蔽地接地匯流排，本安地接地匯流排，保護(hù)地螺釘。
2.2信號(hào)屏蔽及其接地
　　2.2.1根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)定要求，計(jì)算機(jī)或 DCS系統(tǒng)信號(hào)電纜的屏蔽層不得浮空，必須接地，其接地方式應(yīng)符合下列規(guī)定：
　　2.2.1.1當(dāng)信號(hào)源浮空時(shí)，屏蔽層應(yīng)在計(jì)算機(jī)側(cè)接地；
　　2.2.1.2當(dāng)信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)源側(cè)接地；
　　2.2.1.3當(dāng)放大器浮空時(shí)，屏蔽層的一端與屏蔽罩相連，另一端宜接共模地(當(dāng)信號(hào)源接地時(shí)，接信號(hào)地。當(dāng)信號(hào)源浮空時(shí)接現(xiàn)場(chǎng)地)。
　　2.2.1.4當(dāng)屏蔽電纜途經(jīng)接線盒分?jǐn)嗷蚝喜r(shí)，應(yīng)在接線盒內(nèi)將其兩端電纜的屏蔽層連接。
　　2.2.2 DCS系統(tǒng)信號(hào)電纜的選擇與敷設(shè)，應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)按以上要求進(jìn)行接地。為了提高DCS 系統(tǒng)的抗干擾能力，DCS系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出信號(hào)，選用阻燃型對(duì)絞銅網(wǎng)屏蔽計(jì)算機(jī)電纜還是比較恰當(dāng)?shù)摹?br/>
3、DCS系統(tǒng)的接地方法
3.1集中布置的DCS設(shè)備接地方法


3.2分散布置的DCS設(shè)備接地方法
　　分散布置DCS系統(tǒng)設(shè)備之間的連接一般是網(wǎng)絡(luò)（通訊）線，例如：現(xiàn)場(chǎng)控制站分散到現(xiàn)場(chǎng)，而操作員站位于不同的控制室，分散直徑在500米的范圍內(nèi)，各站點(diǎn)間使用多模光纖或5類雙絞線或DP屏蔽雙絞線等連接。
　　3.2.1使用光纖連接的站點(diǎn)：各站點(diǎn)內(nèi)的接地方法同集中布置的DCS設(shè)備。
　　3.2.2使用5類雙絞線或DP屏蔽雙絞線連接的站點(diǎn)：
　　3.2.2.1控制室的各類地線先連接到公共連接板，公共連接板通過(guò)接地總干線與公共接地極相連。從公共接地極看過(guò)去，整個(gè)接地網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)星型結(jié)構(gòu)。
　　3.2.2.2 使用5類雙絞線或DP屏蔽雙絞線兩頭通過(guò)網(wǎng)絡(luò)浪涌保護(hù)設(shè)備（信號(hào)避雷器、通流量不小于5KA）與DCS的SWITCH、HUB、REPEAT、或其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連。兩邊的站點(diǎn)有各自的公共接地極，二者不必有金屬連接，各站點(diǎn)的接地方法同集中布置的DCS設(shè)備。5類雙絞線或DP屏蔽雙絞線必須穿鍍鋅鋼管或金屬橋架敷設(shè)，鋼管或橋架必須可靠接地。當(dāng)雷擊，或者電氣事故造成兩邊地電位差過(guò)大時(shí)，信號(hào)避雷器可以保護(hù)兩邊的設(shè)備。

3.3 DCS設(shè)備接地安裝
　　3.3.1接地體：為釘入地下的良導(dǎo)體，由接地總干線傳來(lái)的電流通過(guò)接地體導(dǎo)入大地。接地體與接地總干線之間采用銅焊，焊接后應(yīng)做防腐處理。可用接地網(wǎng)干線把多個(gè)接地體連接成網(wǎng)，接地網(wǎng)應(yīng)滿足DCS系統(tǒng)接地電阻的要求。當(dāng)接地網(wǎng)干線與接地體采用搭接焊時(shí)，其搭接長(zhǎng)度必須為扁鋼寬度的2倍或圓鋼直徑的6倍。圖3-2為典型的多接地體安裝圖。




3.4 DCS系統(tǒng)接地降低土壤電阻率的方法
　　3.4.1改變接地體周圍的土壤結(jié)構(gòu)。在接地體周圍的土壤2～3m范圍內(nèi)，摻入不容于水的、有良好吸水性的物質(zhì)，如木炭、焦碳煤渣或礦渣等，該法可使土壤電阻率降低到原來(lái)的1/5～1/10。
　　3.4.2用食鹽、木炭降低土壤電阻率用食鹽、木炭分層夯實(shí)。木炭和細(xì)摻勻?yàn)橐粚樱s10～15cm厚，再鋪2～3cm的食鹽，共5～8層。鋪好后打入接地體。此法可使電阻率降至原來(lái)的1/3～1/5。但食鹽日久會(huì)隨流水流失，一般超過(guò)兩年就要補(bǔ)充一次。

3.4.3用長(zhǎng)效化學(xué)降阻劑。用長(zhǎng)效化學(xué)降阻劑方法可使土壤電阻率降至原來(lái)的40%。

3.5 DCS系統(tǒng)接地材料及要求
　　3.5.1接地體與接地網(wǎng)干線的材料要求
　　接地體和接地網(wǎng)干線所用鋼材規(guī)格可按下表選用，若接地電阻滿足不了要求時(shí)，也可選用銅材。如果接地體和接地網(wǎng)干線安裝在腐蝕性較強(qiáng)的場(chǎng)所，應(yīng)根據(jù)腐蝕的性質(zhì)采取熱鍍鋅、熱鍍錫等防腐措施或適當(dāng)加大截面。


　　3.5.2接地連線要求
　　DCS系統(tǒng)的保護(hù)地和屏蔽地連線應(yīng)使用銅芯絕緣電線或電纜連接到廠區(qū)電氣專用接地網(wǎng)或接地體上。小表列出各類接地電纜可選用的規(guī)格。當(dāng)接地連線距離較長(zhǎng)、DCS系統(tǒng)對(duì)接地電阻要求較高或接地干線分接的支線數(shù)量較多時(shí)，宜選用表中截面較大的電線電纜。



4、現(xiàn)場(chǎng)接地常用注意事項(xiàng)
　　4.1現(xiàn)場(chǎng)控制站：接地螺絲因機(jī)柜本體與底座間有膠皮形成絕緣，屏蔽地匯流排與底座間絕緣，現(xiàn)場(chǎng)控制站必須按規(guī)定做好接地處理。即分別接至現(xiàn)場(chǎng)控制站接地匯流排上。I/O柜的電源地與UPS的電源地必須接至同一個(gè)地，保證等電位。
　　4.2現(xiàn)場(chǎng)控制站：操作員站、工程師站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、服務(wù)器主機(jī)、系統(tǒng)顯示器等采用外殼接地或直接將電源地線連接至電氣接地網(wǎng)。
　　4.3 I/O模件：模擬量模件的40端即直流24伏的負(fù)端接至邏輯地匯流排上，邏輯地匯流排接至屏蔽地，再接入總接地匯流排。
　　4.4.現(xiàn)場(chǎng)控制站的保護(hù)地應(yīng)從機(jī)柜下方的接地螺釘接至接地分干線, 現(xiàn)場(chǎng)控制站的屏蔽地應(yīng)從接地匯流排接至公共連接板。
　　4.5接地系統(tǒng)的電阻必須進(jìn)行測(cè)試，以保證接地能滿足控制系統(tǒng)制造商的要求。