浅谈艾默生DCS系统OVATION3.51接地

摘要： DCS系统合理、准确及可靠接地，是保证电厂机组DCS安全稳定可靠运行的必要条件，是系统网络通信畅通无阻的重要前提。根据该厂4×350MW 燃煤机组采用的DCS系统设计、现场实际经验，对DCS系统的接地进行了探讨。

Abstract： The DCS system with reasonable， accurate and reliable grounding， is a necessary condition to ensure the safe， stable and reliable operation of the DCS in power plants， and is an important prerequisite of network communication working smoothly. According to the design of DCS system used by 4×350MW coal-fired units and the actual experience， discuss the grounding of DCS system.

P键词： OVATION；DCS；接地；屏蔽；干扰

Key words： OVATION；DCS；grounding；shielding；interference

中图分类号：N945.23 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）10-0131-03

0 引言

该厂4×350MW超临界燃煤机组采用的艾默生新版OVATION3.51 DCS分散控制系统对接地的要求非常严格。接地设计及安装的好坏直接影响到系统运行的质量，因此工程技术人员还必须重视DCS接地问题。DCS系统合理、准确及可靠接地，是保证电厂机组DCS安全稳定可靠运行的必要条件，是系统网络通信畅通无阻的重要前提。正确的接地不仅能抑制外部来的干扰，还能减少设备对外部的干扰影响。相反错误的接地反而会引入干扰，情况严重时甚至会导致DCS系统无法正常工作。因此接地问题不仅在DCS系统开始设计时要全面细致考虑，更要在工程安装时严把质量关。笔者作为该在建电厂的工程技术人员，通过DCS设计、方案讨论、出厂测试验收、接地方案的变更、单体调试、整套调试方案、DCS逻辑讨论、连锁保护试验等整个过程的参与，从中也发现了一些问题及解决的办法。下面就从几个方面来谈谈艾默生新版DCS控制系统OVATION3.51接地问题。

1 DCS接地分类

通常DCS控制系统需要保护地和工作地两种接地，其中工作地包括逻辑地、屏蔽地等。

保护地（CG）：DCS系统所有设备都应接保护地，包括端子柜、打印机、现场控制站机柜、操作员机柜等，其目的是为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害。保护地应接至厂区电气专业接地网，接地电阻小于4Ω。

逻辑地（PG）：又称主机电源地、机器逻辑地，需要接入公共接地极，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等的电源输出地。

屏蔽地（AG）：也叫模拟地，由于它能够有效屏蔽掉现场信号传输时受到的干扰，具有大大提高信号精度的作用。DCS系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地。线缆屏蔽层必须一端接地，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。

2 DCS接地方式

通常DCS系统的接地方式有以下三种：

①设DCS专用接地网，经接地线，再接至电气接地网；

②设DCS系统专用独立的接地网；

③利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地。

该厂4×350MW机组的DCS采用爱默生公司的OVATION3.51系统，为保证机组DCS的安全运行，OVATION系统要求配置独立的DCS接地地桩，不能与其它系统共用。该厂也根据电厂实际情况要求DCS应有单独安装的接地网，DCS接地系统应由地下主接地网及地上接地支线电缆组成，并保证接地电阻达到DCS厂家规定设计值。接地电阻测试：电气用专用测试仪测试接地电阻。测试电阻要求不大于1？赘。目前，#1、#2机组未设计安装专用接地网，DCS接地系统直接接入电气全厂接地网，自2007年全国投入以来DCS系统I/O卡件已发生多起不明原因的损坏事件，电源模块更是出现大量损坏事件（损坏率50%以上），直接威胁到机组的安全运行。

鉴于上述原因，需要安装#1、#2机组DCS控制系统的单独接地网，并将#1、#2炉主机DCS系统的接地电缆引入该单独接地网。该厂#1、#2机组接地网的改造，既能保证控制系统设备的可靠接地，又能有效避免因接地不可靠而可能对设备造成的危害，从而保证设备和机组的安全可靠运行。目前从#1、#2机组运行将近一年的情况看，机组运行稳定，各项指标符合要求。因此，在建的#3、#4机组的DCS系统接地也采用#1、#2机组DCS系统改造过的接地方式。

3 OVATION系统接地原则

一般接地准则：一些准则适用于所有Ovation机柜配置：请勿通过非Ovation设备接地；请勿将非Ovation设备接地到Ovation机柜；请勿将Ovation电磁兼容性（EMC）接地到高电压设备使用的接地点；请勿接地到结构构件。

保护接地：为持续防止电击，AC/DC输入电源线的保护接地导体必须连接到位于配电模块的AC/DC输入连接器的保护接地端子，保护接地端子可使用“圆形接地”符号标识。在任何情况下，都不得使用EMG接地作为保护接地。

Ovation机柜EMC接地：必须将Ovation系统中的Ovation机柜接地，以实现适当的电磁兼容性（EMC）性能和系统可靠性

3.1 单机柜设置的接地准则

使用最小4AWG电缆（最好0000AWG）将EMC接地连接至接地点。使用机柜内的安装板左下和右下部的专用螺栓进行EMC连接如图1，确保从机柜到接地点的DC电阻小于1Ω，并最小化长度。为尽量避免接地回路，请确保AC主电源安全接地位于在电力上与EMC接地点相同的位置或至少此位置的1Ω之内，仅在配电源接地的AC安全接地，避免在中间负荷中心接地。

3.2 群集机柜设置的接地准则

采用群集机柜以简化EMC接地是可接受的。以下准则适用：

①群集机柜设置如图2和图3卸下Ovation机柜中的短接棒所示，应指定机柜#1为焦点机柜。焦点机柜是进行EMC接地连接的机柜，其他机柜应指定为相邻机柜。在所有系统中，相邻机柜都不得超出中心机柜10m，并且建议一个群集不超过5个机柜。在CE标志认证系统中，群集机柜必须配套（卸下相邻机柜之间的侧面板，并且使用经认证可用于机组的EMC衬垫栓紧相邻机柜）。或者，如果群集然柜间的所有电气布线（EMC接地电缆除外）都在与机柜连接的接地金属导体中进行，则可不必符合适用的机柜要求。

②使用最小4AWG电缆（最好0000AWG）将EMC接地连接从群集内的焦点机柜连接到接地点。使用机柜内的安装板左下和右下部的专用螺栓进行EMC连接，确保从机柜到接地点的DC电阻小于1Ω。此外，群集中的所有机柜都必须使用最小4AWG的电缆从焦点机柜对其EMC接地进行链式接线，确保最大限度地缩短从接地点到群集中最后一个机柜的接地电缆的总长度。

③为尽量避免接地回路，请确保保护接地位于在电力上与EMC接地点相同的位置或至少此位置的1Ω之内，仅在配电源接地保护接地导体，避免在中间负荷中心接地。

④数字电源接地（PGND）使用配电盘上出厂时安装的短路棒连接到机柜，在安装机柜群集时，从所有机柜上（焦点机柜除外）卸下此短路棒见图2和图3。

⑤每个机柜在配电盘的PGND螺栓和CBO背板或传输板（传输板包括ROP、RRP、RRB和TND）的PGND螺栓之间都有一条出厂时安装的扎带，要连接群集机柜中的PGND，请执行以下操作：使用8AWG扎带将焦点机柜配电盘上的PGND螺栓连接到相邻群集机柜的背板或传输板上的PGND螺栓。如果群集中的某个相邻机柜具有多个背板或面板，则仅将此扎带连接至一个背板或面板，机柜内的所有传输板都应连接PGND点。如果焦点机柜的一侧有多个相邻机柜，则在每个机柜之间放一条PGND扎带或使用一条PGND扎带直接连接到焦点机柜（如适用），可以将此扎带连接到在每个机柜的配电盘、背板或传输板上找到的任何可用PGND螺栓。

该厂Ovation系统对于接地方式需遵守如下要求：

①机柜绝缘要求：在机柜与槽钢之间，应敷设绝缘胶皮，且要求其厚度必须大于8mm；机柜需同槽钢绝缘，绝缘电阻至少5MΩ；为避免通过固定螺栓使机柜与槽钢导通，机柜固定螺栓需套绝缘套管。

②汇流铜排要求：通过接地电缆把该汇流铜排接入DCS专用接地网中，禁止经过中间环节；所有进入该汇流铜排的都必须是Ovation设备；全部Ovation设备的接地均接入该汇流铜排；由于操作员台内并非只有Ovation系统的上位机，因此要求操作员台的接地必须直接接入集控室附近的电气接地装置，禁止接到Ovation系统的接地铜排。

③Ovation系统接地点要求：在Ovation系统的接地点周围15m内无防雷设备的接地；在Ovation系统的接地点周围8m无30kW以上的高低压用电设备的接地；在Ovation系统的接地点附近禁止有强电设备的接地；若无法满足上述要求，应利用避雷器等装置使防雷保护地和公共接地网相连；确保电焊地和公共接地极及其接地网之间的距离至少在十米之上；尽量缩短Ovation设备的接地电缆。

④DCS接地系统说明：Ovation机柜至接地汇流铜排的接地电缆需接到机柜内安装板上的专用接地柱（CG）上；接地电阻应不大于1Ω；；接地汇流铜排至全厂接地网的电缆需不小于截面积53.5mm2；Ovation设备至接地汇流铜排的电缆不小于截面积21.1mm2。

⑤对于I/O点的接地，总的原则是在DCS侧接地；当屏蔽电缆途径接线盒分断或合并时，应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接；当信号源接地时，电缆屏蔽层在信号源侧接地；当信号源浮空时，电缆屏蔽层在DCS侧接地，要求具体情况具体分析，有的放矢地进行I/O点的接地，确保其真正发挥作用，保证整个控制的安全性不受影响。

4 DCS系统接地的目的

DCS接地有两个目的：一是为了安全；二是为了抑制干扰。安全包括人身安全和系统设备安全。抑制干扰包括两部分：一是提高系统本身的抗干扰能力；二是减小对外界的影响。DCS的某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。

5 DCS系统较易发生的接地问题

根据多年来实际工作经验和该厂在调试运行过程中出现的各种问题，现把常见故障及问题原因归纳如下：①接地电阻过大，不符合厂家对接地的要求；②接地极电阻增大，接地极同电网断开；③地线布线不合理；④连接点因腐蚀引起接触不良；⑤螺栓连接点因震动而引起松动；⑥连接头未压焊或者焊接不牢造成虚焊；⑦接地线断线；⑧接地线与高电压、大电流设备相接触或安全距离不够；⑨把保护接地与工作接地混接在一起，会使保护接地的干扰信号串入回路，威胁DCS的安全运行；⑩屏蔽层两点或多点接地，造成干扰信号进入回路，这对温度测量回路的影响更为明显；？？？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，容易导致接地系统中各器件接地点电位不同而引起相互干扰；？？？DCS电子间控制柜接地螺丝因机柜本体与底座间有胶皮形成绝缘，屏蔽地汇流排与底座间绝缘，因此要求施工单位必须按规定做好接地处理，I/O柜的电源地与UPS的电源地必须接至同一个等电位地；？？？操作员站、工程师站、网络交换机、服务器主机、系统显示器等采用外壳接地或直接将电源地线连接至电气接地网，不允许接入DCS专用接地网；？？？模拟量I/O模件的接地端即直流24V的负端接至逻辑地汇流排上，逻辑地汇流排接至屏蔽地，再接入总接地汇流排；？？？锅炉侧金属壁温和汽机侧气缸壁温及发电机线圈温度测量用智能前端，布置在就地，通过双网相互冗余的2根普通屏蔽双绞线连接至通讯转换口，再通过通讯协议上传至DCS。该厂在调试过程中发现通过智能前端上传的温度多次显示与实际温度误差大，更为甚者出现温度长时间不刷新，即死机；#1机组锅炉侧壁温100多个还出现温度为零的现象。我们通过两天对整个回路的排查，做试验，最终在就地智能前端最末端一块上加装一个5？赘的终端电阻，并把通讯电缆DCS侧接地断开，改为在就地智能前端处接地，处理完后至目前一年的运行来看，温度显示正常，死机现象也不复存在。

接地系统不当或接地系统出现问题时，可造成下列危害：人员的触电伤害；设备故障（数据误差过大、设备死机、设备误动作）；设备着火或损坏。根据电厂有关资料和全国电厂运行情况分析，某些电厂DCS系统常常不明原因地死机，大多是因为接地不良或接地存在各种各样问题所引起的。因此，通过系统详细地对DCS接地的分析，为现场实际施工提供参考依据和方法，尽可能地减小因接地问题引起对DCS的干扰，保证DCS系统能安全稳定可靠地运行。

参考文献：

[1]艾默生公司OVATION系统《分散控制系统的接地要求》.

[2]DL_T_659-2006，火力发电厂分散控制系统验收测试规程[S].

[3]DL-T5175-2003，火力发电厂热工控制系统设计技术规定[S].