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(shù)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(shù)在發(fā)電廠生產(chǎn)過程控制中得到廣泛的應(yīng)用??刂葡到y(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(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型控制設(shè)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(shè)備上,它們大多處在強電電路和強電設(shè)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(shè)備的抗干擾能力;另一方面,要求工程設(shè)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(shè)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(zhì)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(zhì)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(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)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(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應(yīng)加熱設(shè)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(shè)備內(nèi)部的輻射,由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾;而是對控制設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)的輻射,由通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小,特別是頻率有關(guān),一般通過設(shè)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。
2.2.2.1 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(luò),其覆蓋全廠,電網(wǎng)內(nèi)部的變化,如開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)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。控制電源通常采用隔離電源,但其機構(gòu)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。
2.2.2.2 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(yīng)的干擾,即信號線上的外部感應(yīng)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。
2.2.2.3 來自接地系統(tǒng)混亂時

責任編輯:何健
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