DCS系統(tǒng)接地的基于要求、原則及方法介紹

前 言

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展和熱工自動化水平的提高，分散控制系統(tǒng)（DCS）已在國內(nèi)各電廠中得到廣泛應(yīng)用，這對保證電廠安全、經(jīng)濟和文明運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)測控制精度和安全、可靠運行，必須對系統(tǒng)接地方式、接地要求、信號屏蔽、接地線截面選擇、接地極設(shè)計、接地箱布置等方面，進行認真設(shè)計和統(tǒng)籌考慮。本文根據(jù)DCS系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范要求，對DCS系統(tǒng)接地進行討論和簡要的介紹，以供大家在DCS系統(tǒng)設(shè)計、安裝、維護中參考。

1、DCS系統(tǒng)接地的基本要求

DCS系統(tǒng)接地是為了保證當進入DCS系統(tǒng)的信號、供電電源或DCS系統(tǒng)設(shè)備本身出現(xiàn)問題時，有效的接地系統(tǒng)能承受過載電流并可以迅速將過載電流導(dǎo)入大地。接地系統(tǒng)能夠為DCS提供屏蔽層，消除電子噪聲干擾，并為整個控制系統(tǒng)提供公共信號參考點（即參考零電位）。當接地系統(tǒng)發(fā)生問題時（接地電阻過大，多點接地，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” （或不明原因的“死機”），大多是因為接地系統(tǒng)不良或存在問題所引起的。 因此，完善、可靠、正確的接地，是DCS 系統(tǒng)能夠安全、可靠和良好運行的關(guān)鍵。

1.1 DCS接地分類

在一般情況下，DCS控制系統(tǒng)需要兩種接地：保護地和工作地（邏輯地、屏蔽地等）。對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） 保護地（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措施。DCS系統(tǒng)所有的操作員機柜、現(xiàn)場控制站機柜、打印機、端子柜等均應(yīng)接保護地。保護地應(yīng)接至廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng)，接地電阻小于4Ω。

（2） 邏輯地：也叫機器邏輯地、主機電源地，是計算機內(nèi)部的邏輯電平負端公共地，也是+5V等的電源輸出地。如CPU的正負5伏、正負12伏的負端。需要接入公共接地極。

（3） 屏蔽地（AG，Analog Grounding） 也叫模擬地，它可以把現(xiàn)場信號傳輸時所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號精度。DCS系統(tǒng)中信號電纜的屏蔽層應(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)作為屏蔽保護接地，必須是銅絲網(wǎng)或鍍鋁屏蔽層接地。接入公共接地極。

（4） 本安地 應(yīng)獨立設(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。

1.2 DCS系統(tǒng)接地方式 DCS系統(tǒng)一般接地方式

（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；

（2） 設(shè)DCS系統(tǒng)專用獨立的接地網(wǎng)；

（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，過去，計算機或DCS系統(tǒng)曾經(jīng)較多的采用過專用的接地網(wǎng)。但這種接地方式存在的缺點是：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?shù)木嚯x（因不易在廠房內(nèi)找到合適的位置），管理、維護、測量及查找接地極和接地線不方便，且效果不甚良好。根據(jù)實際運行表明，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題，造成機組跳閘數(shù)十次。根據(jù)調(diào)查，不少電廠DCS后來改用電氣接地網(wǎng)接地，取得了良好的效果。

1.3 對公共接地極（網(wǎng)）的要求

（1） 當廠區(qū)電氣接地網(wǎng)對地分布電阻≤4Ω時，可將廠區(qū)電氣接地網(wǎng)當著DCS系統(tǒng)的公共接地極（網(wǎng)）。

（2） 當廠區(qū)電氣接地網(wǎng)接地電阻較大或雜亂時，應(yīng)獨立設(shè)置接地系統(tǒng)，即為DCS系統(tǒng)的公共接地極（網(wǎng)）。

（3） 沒有本安地接入的公共接地極（網(wǎng)）的對地分布電阻小于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。

（4） 接地極周圍15米內(nèi)無避雷地的接入點，8米內(nèi)無 30KW 以上的高低壓用電設(shè)備外殼的接入點。當現(xiàn)場無法滿足該條件時，防雷保護地通過避雷器/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

2.1 DCS系統(tǒng)設(shè)置的接地裝置

（1） 操作臺、打印臺、服務(wù)器柜：設(shè)有保護地螺釘。

（2） 繼電器柜、UPS柜、配電柜：設(shè)有保護地螺釘。

（3） DCS的I/O機柜：設(shè)有屏蔽接地匯流排，保護地螺釘。系統(tǒng)地（+24V地）懸浮。

（4） 儀表柜、手操盤臺：設(shè)有屏蔽地接地匯流排，保護地螺釘。

（5） 安全柵柜：設(shè)有屏蔽地接地匯流排，本安地接地匯流排，保護地螺釘。

2.2 信號屏蔽及其接地

（1） 根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)定要求，計算機或 DCS系統(tǒng)信號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：

a. 當信號源浮空時，屏蔽層應(yīng)在計算機側(cè)接地；

b. 當信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號源側(cè)接地；

c. 當放大器浮空時，屏蔽層的一端與屏蔽罩相連，另一端宜接共模地（當信號源接地時，接信號地。當信號源浮空時接現(xiàn)場地）。

d. 當屏蔽電纜途經(jīng)接線盒分斷或合并時，應(yīng)在接線盒內(nèi)將其兩端電纜的屏蔽層連接。

（2） DCS系統(tǒng)信號電纜的選擇與敷設(shè)，應(yīng)嚴格按照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)按以上要求進行接地。為了提高DCS 系統(tǒng)的抗干擾能力，DCS系統(tǒng)開關(guān)量輸入/輸出信號，選用阻燃型對絞銅網(wǎng)屏蔽計算機電纜還是比較恰當?shù)摹?/p>

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

圖1 集中布置DCS設(shè)備接地方法示意圖

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)場控制站分散到現(xiàn)場，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)，各站點間使用多模光纖或5類雙絞線或DP屏蔽雙絞線等連接。

（1）使用光纖連接的站點：各站點內(nèi)的接地方法同集中布置的DCS設(shè)備。

（2）使用5類雙絞線或DP屏蔽雙絞線連接的站點：

a. 控制室的各類地線先連接到公共連接板，公共連接板通過接地總干線與公共接地極相連。從公共接地極看過去，整個接地網(wǎng)絡(luò)是一個星型結(jié)構(gòu)。

b. 使用5類雙絞線或DP屏蔽雙絞線兩頭通過網(wǎng)絡(luò)浪涌保護設(shè)備（信號避雷器、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。兩邊的站點有各自的公共接地極，二者不必有金屬連接，各站點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。當雷擊，或者電氣事故造成兩邊地電位差過大時，信號避雷器可以保護兩邊的設(shè)備。

3.3 DCS設(shè)備接地安裝

（1）接地體：為釘入地下的良導(dǎo)體，由接地總干線傳來的電流通過接地體導(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?？捎媒拥鼐W(wǎng)干線把多個接地體連接成網(wǎng)，接地網(wǎng)應(yīng)滿足DCS系統(tǒng)接地電阻的要求。當接地網(wǎng)干線與接地體采用搭接焊時，其搭接長度必須為扁鋼寬度的2倍或圓鋼直徑的6倍。圖3為典型的多接地體安裝圖。

圖2 典型的單接地體安裝

圖3 典型的多接地體安裝

3.4 DCS系統(tǒng)接地降低土壤電阻率的方法

（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的1/5～1/10。

（2）用食鹽、木炭降低土壤電阻率用食鹽、木炭分層夯實。木炭和細摻勻為一層，約10～15cm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的1/3～1/5。但食鹽日久會隨流水流失，一般超過兩年就要補充一次。

（3）用長效化學(xué)降阻劑。用長效化學(xué)降阻劑方法可使土壤電阻率降至原來的40%。

3.5 DCS系統(tǒng)接地材料及要求

（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，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的場所，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加大截面。

（2）接地連線要求

DCS系統(tǒng)的保護地和屏蔽地連線應(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。當接地連線距離較長、DCS系統(tǒng)對接地電阻要求較高或接地干線分接的支線數(shù)量較多時，宜選用表中截面較大的電線電纜。

4、現(xiàn)場接地常用注意事項

（1）現(xiàn)場控制站：接地螺絲因機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)場控制站必須按規(guī)定做好接地處理。即分別接至現(xiàn)場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地，保證等電位。

（2）現(xiàn)場控制站：操作員站、工程師站、網(wǎng)絡(luò)交換機、服務(wù)器主機、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)。

（3）I/O模件：模擬量模件的40端即直流24伏的負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）現(xiàn)場控制站的保護地應(yīng)從機柜下方的接地螺釘接至接地分干線， 現(xiàn)場控制站的屏蔽地應(yīng)從接地匯流排接至公共連接板。

（5）接地系統(tǒng)的電阻必須進行測試，以保證接地能滿足控制系統(tǒng)制造商的要求。

責(zé)任編輯：gt