火电厂DCS系统接地应用探讨

摘 要：DCS系统在火电厂中应用广泛，而DCS接地系统是保证DCS系统的安全、可靠运行的关键， 也是避免人身伤害或设备损坏的重要手段。本文简单论述了DCS接地系统的设计和相关标准要求，通过对国内某电厂接地系统改造的重点介绍、 分析，提出了在接地实际应用中存在问题及处理措施。

关键词：DCS；接地；屏蔽；电厂；系统

在火电厂的实际工作中，合格的DCS接地系统是保证DCS稳定运行的前提条件，接地系统的故障多半具有偶然性和不确定性，很容易和硬件本身的故障混淆，不易找查真实原因，而且一旦发生机组非正常停机的事故，将会对电厂造成巨大损失，因此，在机组的正常运行过程中，必须给予DCS接地系统足够的重视。

一、DCS接地系统的分类

火电厂DSC接地系统在设计时有许多地方需要接地，由于回路性质和接地目的的不同，需要分成若干独立的接地系统，然后连在一起进行总的接地。DCS中接地的种类主要有两种即保护地和工作地，其中工作地也包括逻辑地和屏蔽地等。

保护地是为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施，DCS所有机柜控制站、打印机、端子柜、220V电源等都需要接入保护地，需要强调的是变频器的接地一定要接到保护地。

逻辑地也叫机器逻辑地、主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V电源的输出地。如CPU的±5V、±12V的负端。需要接入公共接地端。

屏蔽地也叫模拟地，它可以把现场信号传输时受到的强电磁干扰信号屏蔽掉，以提高信号的稳定度和精确度。DCS系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地。需要注意的是信号电缆的屏蔽接地只能有一端接地，也就是单端接地，防止形成闭合回路干扰。铠装电缆的金属铠不应作为屏蔽保护接地，必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地，接入公共接地极。

如果DCS柜的外壳在确保没有和电气地相连时，方可接到工作地，如果DCS柜的外壳和电气地相连，则一定不要和工作地相连。

二、DCS系统接地要求

DCS系统一般接地方式是利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地；设DCS系统专用独立的接地网；设DCS专用接地网，经接地线、再接至电气接地网。对公共接地极（网）的要求为当厂区电气接地网对地分布电阻≤4Ω时，可将厂区电气接地网当做DCS系统的公共接地极（网）。当厂区电气接地网接地电阻较大或杂乱时，应独立设置接地系统，即为DCS系统的公共接地极（网）。没有本安地接入的公共接地极（网）的对地分布电阻小于4欧姆；有本安地的小于1欧姆。接地总干线的线路阻抗小于0.1欧姆。

1、DCS机柜外壳不允许与建筑物钢筋直接相连，机柜外壳、电源地、屏蔽地和逻辑地应分别接到机柜各地线上，并将各机柜相应地线连接后，再用两根铜芯电缆引至接地极。电缆铜芯截面应满足制造厂的规定。

2、应保证DCS系统满足“一点接地”的要求，整个接地系统最终只有一点接到接地地网上，并满足接地电阻的要求。

3、DCS输入输出信号屏蔽线要求单端接地，信号端不接地，屏蔽线应直接接在机柜地线上；信号端接地，屏蔽线应在信号端接地。

4、DCS单独设置接地网时，专用接地网周围不允许有大型电力设备的接地极；DCS？不设置专用接地网而利用全厂公用接地网时，DCS的接地极也应远离大型电力设备的接地极。

三、DCS系统较易发生的接地问题

1、把安全保护接地与工作接地相混并连在一起，会使安全接地的干扰进入信号回路，威胁DCS的运行。

2、本安接地与系统接地无合适的电气连接会造成接地电位与直流电源负极电位不在同一电位上，当这个电位差达到某值时，将对系统造成损坏。

3、屏蔽层多点接地，造成干扰进入信号回路，这对温度回路影响尤为明显。

4、从控制室各接地母线到各盘、柜采用串接而不是放射型接线，致使接地系统中各器件接地点电位不同而引起互相干扰。

四、解决办法

1、安全保护接地与工作地必须严格分开。

2、部件接地点到控制室各自接地母线的连接导线的电阻应小于0.1欧姆。

3、系统接地和本安接地可用一组接地极，但屏蔽接地系统不宜和它们共用一组接地极。

4、所有的接地母线至少用50～10mm高导通型的铜棒，而且要镀锡。

五、国内某火电厂DCS接地系统改造介绍

该厂5号机组所采用的控制系统为上海新华公司生产的XDPS6.0分散控制系统，当时设计时接地系统要求：XDPS能直接接至地气接地网，接地电阻值不大于2.5欧姆。XDPS采用单点接地方式，通过单独接地点接入电厂电气接地网，与6KV等高压设备的接地点见的距离应大于10米，不能与这些设备共用接地点。系统内有两种接地点，即机箱接地点CG、信号地PG，各个站的CG、PG并联后接到接地点。各机柜与机房的地板必须绝缘，以确保实现系统单点接地，隔离电压大于1000V。机柜与底座盘绝缘，其绝缘电阻大于2 MΩ。所有的接地点必须接触可靠，接地导线总接地板用焊接或螺钉连接，并加弹簧垫片。

由于该厂5号机组所采用的XDPS6.0分散控制系统，在机组运行过程中出现过信号莫名其妙的摆动，模拟量信号传输过程中出现差错的问题。经电科院人员的机组DCS检查中发现系统接地存在问题和原则性错误。在DCS控制机柜中，热控系统的保护地（即220VAC电源地）、逻辑地（卡件48VDC地）与信号屏蔽地全部混接到一个接地铜排上引出，并且柜间接地环接，存在“三地合一”的错误，即违反了“热控设备不同性质的接地点（保护接地、系统接地、屏蔽接地）不应混接”的规定。

后期该厂利用5号机组大修的时机，将原有DCS控制盘内屏蔽地汇流铜牌分别接入DCS系统交换机柜内总接地汇流排，用100 mm2接地电缆将母汇流牌连接到电气接地网。

六、改造后的注意事项

注意静电防护措施

（1）阻止静电产生和减少静电电荷的积累。在DCS控制室内要采用防静电地板，并严格要求在进行手工操作DCS内部器件时，工作人员应穿戴防静电的工作服、鞋和帽，应戴防静电护腕，不用易产生静电的材料装修控制室和器具，以免静电加到器件上造成器件损坏。

（2）采取让静电得以泄放的措施。泄放的主要方法是静电接地，即工作台、机柜及所有可能有静电积累处予以接地，使静电有可靠的泄放通道。

七、结束语

在现代火力发电厂DCS系统的运行过程中，DCS系统经常出现死机，信号莫名其妙的摆动或时好时坏，出现的故障问题大多与接地系统有关。因此，接地系统的完善是DCS系统使用的关键，电厂应提高意识，重视DCS系统接地的重要作用，按照技术要求，严格处理好系统的接地题，这是DCS系统能够安全、可靠和良好运行的关键。

参考文献

[1] 邓修琦.论电厂分散控制系统（DCS）的接地设计[J].科技与生活，2011（05）.

[2] 陈波，丁永君，陈小强.浙江火电厂DCS系统接地现状分析及建议[J].浙江电力，2008（01）.

[3] 巩超.CGSE-ES 冗余分布式控制系统的分析与设计 [D].上海交通大学，2008.

[4] 王建彬.风/光互补发电系统的管理控制初探[D].广 东工业大学，2008.