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1、火电厂热工自动化系统技术 第二讲第二讲 抑制干扰影响的基本方法抑制干扰影响的基本方法 孙长生孙长生 浙江省电力试验研究院浙江省电力试验研究院 电话电话:13857138815:13857138815； 邮箱：邮箱：scs54 scs54 WWW WWW 火电厂热工自动化系统技术 抑制干扰影响的基本方法抑制干扰影响的基本方法 抑制干扰影响的基本方法 接地和等电位连接屏 蔽抑制技术 控制室屏蔽 电缆屏蔽 辐射屏蔽电磁屏蔽静电屏蔽 现场方法 电路抑制 压敏电阻隔离电容磁环 防浪涌 齐纳管 设备屏蔽 火电厂热工自动化系统技术 1）尽可能地抑制干扰源，削弱其强度输出，如远离、屏蔽等 ；但有的干扰源无法抑
2、制，如雷击、无线电、发电机等。 2）通过隔离和滤波等，拦截或减小干扰信号各种耦合路径的 传输量。屏蔽来自导线的辐射噪声，削弱干扰的影响 3）提高感受体（控制及弱电流电路、控制系统）的抗扰度， 增加干扰源的泄放通路。 除了简单的情况外，减少噪声问题的单一解决方案是不存在， 通常需要采取综合措施。 抑制干扰影响的基本方法抑制干扰影响的基本方法 火电厂热工自动化系统技术 目前多数DCS星形连接方式汇接引入电缆隔层接地箱铜牌，再 绝缘铜缆引入接地网（焊接或冷接），连接方式三种： 1）专用接地网( )：优点是地电位较稳定，不易受厂网地电位 影响。问题需要纯净专用地，电缆难保证单点接地，加上与安全 地不同
3、地，设备过电压时二个地间会有电位差，放电损坏设备。 2）共用厂接地网：优点是可以避免多点接地，简单易行。缺 点易受动力设备接地附近地电位波动影响，安装有具体要求。 3）通过专用接地网连接电气地网：不但可避免多点接地，又 减小了动力设备接地点地电位波动的影响。连接有两种方式： 铜板永久性连接/ 避雷器相连（暂态连接） 讨论讨论1 1控制系统接地网的连接控制系统接地网的连接 火电厂热工自动化系统技术 U1= （Zsh/（Zsh+1/jwC3）*（X2/（X2+1/jwC4）Us 屏蔽电缆电气两点接地，热工单点接地，矛盾？ 讨论讨论2 2热工电缆屏蔽接地方式热工电缆屏蔽接地方式 图1 屏蔽电缆的等效
4、电路图 DCS干扰信号主要来 源于电缆干扰信号 主要的发射器也是主要 的接收器。通常采用磁 屏蔽和屏蔽电缆二种方 法防扩散和拒接受。 电缆芯线上的耦合电 压计算公式由图1等效电 路列出： 火电厂热工自动化系统技术 屏蔽层若只起屏蔽作用，传输的信号是开关量时，从防止暂态 过电压看，屏蔽层采用基于信号参考电势的表面接地和两端接地 方式为好，同时起到静电屏蔽和电磁屏蔽，对静电耦合和电磁感 应都有抑制作用，不仅是提高了电磁兼容性而且不再需要检测接 地故障。因为： 对静电干扰，屏蔽层两端接地后降低了电缆屏蔽层的阻抗，从 而有效地降低了电缆芯线上的静电耦合电压； 对电磁干扰，屏蔽层两端接地后使电缆屏蔽层与
5、接地网构成了 闭合回路，外部干扰电流在屏蔽层上产生一个与外部干扰电流方 向相反的感应纵向电流，这个电流所形成的磁通与干扰磁通反向 ，减弱了干扰磁通对芯线的影响，起到了抵消降低干扰磁通的作 用。 电缆屏蔽层二点接地电缆屏蔽层二点接地 火电厂热工自动化系统技术 电缆屏蔽层二点接地电缆屏蔽层二点接地 二点接地主要问题：当接地网上 流过暂态电流时导致地电位暂态波动 。图2如A、B间距离较远，弱信号电 缆屏蔽层两端存在较大的地电位差eN ，则其可能在AB间信号线上产生 较大的低频环流。这对屏蔽层还兼信 号返回回路的电缆，不但破坏正常 图2 两点接地间的干扰 的信号传输，甚至可能烧损屏蔽层；还将对信号芯线
6、产生干扰电压。 由于模拟信号稳定性和抗干扰性较差，仅1V左右的干扰电压就可 能导致零点漂移和传输误差。这就要求eN不能大于某值（否则屏蔽层 流过的电流将对芯线信号产生干扰，易构成各种地回路造成低频地回 路干扰），但电厂难做到(西嘉)，除非等电位网减少电势差。 火电厂热工自动化系统技术 对电气自动装置和继电保护回路来说，由于其输入回路或 输出回路，都有一端处于开关场的高压或超高压环境中，暂 态过电压，电磁感应干扰是主要矛盾，且电缆芯所在回路为 强电回路，因而屏蔽层电流产生的低频干扰信号影响较小， 故电气专业规程规定： 对受高频干扰信号较多的继电保护和自动装置，“当采用 静态保护和屏蔽电缆时，屏蔽
7、层宜在两端接地” 。 通常干扰信号大于1MHz时,将屏蔽体两端接地。 电气电缆屏蔽层二点接地电气电缆屏蔽层二点接地 火电厂热工自动化系统技术 热工专业设备分散，就地电缆屏蔽层都接到全厂公用地难度大 ，且仪表及控制系统信号绝大多数为低频信号，弱电回路，面临 更多的是低频干扰，电磁感应干扰比较而言矛盾不突出（也有） ，而厂房内热工系统范围内通常没有设置等电位接地带，当不能 实现等电位接地时，两点接地产生的屏蔽层电流对芯线产生干扰 的程度要大于电磁感应干扰。为保证热工信号不受地电位不一致导 致的干扰电压的影响，故热工规程规定： 除非厂家有特殊要求外，进入DCS的信号均应采用单点接地 的方式并在控制柜
8、处集中接地，这样屏蔽层电压为零，可显著减 少静电感应电压；避免形成地回路，有利消除低频干扰。 热工在高频区域电缆或一端接地，另一端通过电容或放电管接 地。 热工电缆屏蔽层单点接地热工电缆屏蔽层单点接地 火电厂热工自动化系统技术 金属导体，电缆屏蔽层及金属线槽（架）等，由露天场地（循 环水泵房等）进入电缆隔层的金属电缆桥架（线槽）及电缆屏 蔽层等，应安装防浪涌保护器要求或采用等电位连接。其保护 信号的屏蔽电缆，应在屏蔽层两端及雷电防护区交界处做等电 位连接并接地。当采用非屏蔽电缆时，应敷设在金属管道内并 埋地引入，金属管应具有电气导通性，并应在雷电防护区交界 处做等电位连接并接地，其埋地长度应符
9、合规定要求。光缆的 所有金属接头、金属挡潮层、金属加强芯等，应在入户处直接 接地。 光缆的所有金属接头、金属挡潮层、金属加强芯等，应在入户 处直接接地。 2.2.防干扰措施防干扰措施电缆安装、检修、维护电缆安装、检修、维护 火电厂热工自动化系统技术 当系统要求一点接地时，电缆外层绝缘性能应良好。重要场合 使用的多芯对绞屏蔽电缆，最好选用每对对绞线有单独屏蔽层且彼 此绝缘以防对绞线间感性耦合。 双绞线的屏蔽效果随每单位长度的绞合数的增加而提高。电厂 通常绞距为50mm左右较经济适用，双绞线和屏蔽双绞线常用于频 率低于100kHz的屏蔽。因为有较大的电容，不适用于高频或高阻 抗回路。 同轴电缆是一
10、种特制的用金属编织网作屏蔽的电缆，在很大的 范围内，具有均匀不变的低损耗的特性阻抗，可用于从直流到甚高 频乃之超高频的频段. 2.2.防干扰措施防干扰措施电缆安装、检修、维护电缆安装、检修、维护 火电厂热工自动化系统技术 2.2.防干扰措施防干扰措施电缆安装、检修、维护电缆安装、检修、维护 试验导线 噪声衰减度 比例dB 平行导线10 双绞线（1绞/101.6mm)14：123 双绞线（1绞/76.2mm)71：137 双绞线（1绞/50.8mm)112：141 双绞线（1绞/25.4mm)141：143 金属导管内平行线22：127 火电厂热工自动化系统技术 DCS控制系统电缆的选取至关重要
11、，宜选用优质铜网屏蔽层的 控制电缆，但工作在干扰严重的环境中的电缆必须采用优质铜 网屏蔽层的双绞线电缆。 当经过电磁干扰严重区域的电缆或露天安装的控制设备信号和 电源电缆屏蔽，宜采用复合式总屏蔽（内屏蔽层为一点接地， 外层蔽层为两点接地）。 重要信号电缆宜采用总屏带分屏的计算机专用屏蔽电缆; 动力电缆采用屏蔽电缆（主动抗扰）； 电缆敷设时信号电缆与动力电缆分层敷设，或保持规定距离， 或加隔离，是提高热控系统整体抗干扰能力最重要环节。 2.2.防干扰措施防干扰措施电缆安装、检修、维护电缆安装、检修、维护 火电厂热工自动化系统技术 在电厂现场，不允许 将信号线和交流电源线设 在同一根电缆里，而且还
12、 需要将信号线和电源线以 及高频信号线等保持一定 的距离。上图现场总线电 缆(紫色)未与执行器电源 、信号电缆隔离敷设；理 图现场正确的总线电缆敷 设方法,总线电缆与其它 电缆使用金属盒隔离， 电缆敷设实例电缆敷设实例 火电厂热工自动化系统技术 确保DCS控制系统的模拟信号及控制电缆屏蔽层接地方式符合 规定，通常同轴电缆和模拟信号测控电缆宜采用控制室侧集中 一点接地方式。 当电缆屏蔽层采用一点接地时，其接地点应根据信号源和接收 端是否接地来确定。多数测量信号屏蔽层应在DCS机柜侧接地 ，但对于测量端接地的铠装热电偶，DCS侧屏蔽电缆应不接地 （或DCS内的跨接片连接非接地方式）。 检修时未端测
13、量电缆屏蔽层接地的全程连续性；断开电缆屏蔽 线与接地线的连接，测量其与地线间的电阻应大于1M。 2.2.防干扰措施防干扰措施电缆安装、检修、维护电缆安装、检修、维护 火电厂热工自动化系统技术 对于前置器浮空的安装，屏蔽电缆的屏蔽层全部连通，不得有 断层存在，屏蔽电缆的二头屏蔽层分别连接到前置器和TSI仪表 端子排的COM端（是信号公共线），防止与大地相连，这样可 以较好地解决现场共模和串模干扰产生的影响。 严禁热控系统的动力电源和测量信号合用一根电缆。 信号电缆在控制系统侧单点接地解决不了的干扰问题，可以在 干扰源侧单点接地试验。 信号干扰时，如能沿途电缆移位，很有可能干扰信号消失。但 对于受
14、电缆颁电容影响较大的信号回路,运行中电缆不能轻易挪 动,如VM的振动传感器电缆. 2.2.防干扰措施防干扰措施电缆安装、检修、维护电缆安装、检修、维护 火电厂热工自动化系统技术 装有PLC的柜，为了防止受 到其他电气设备漏电流的影 响，在电气上需要和其他设 备绝缘设置。应用屏蔽电缆 进行输入/输出布线时的屏蔽 2.2.防干扰措施防干扰措施电缆安装、检修、维护电缆安装、检修、维护 PLC 输入 输出 公用端 公用端 图3 屏蔽电缆的接地示意图 导体的接地，如图3所示，将靠近PLC侧的屏蔽导体连接到外壳接 地端子上。但切不可将输入COM端和输出COM端相接在一起。通 信电缆接地按通信单元手册中的屏
15、蔽处理原则进行。 重要信号的电缆屏蔽层，应尽可能接近接线端子处破开。破割电缆 外皮时，应防止损伤芯线绝缘层。 电缆的备用芯应可靠接地 。 火电厂热工自动化系统技术 用电设备周围的磁感应强度B，服从毕奥-萨伐定律，见下式: 1） 式中：磁导率，H/m； rdv到场点（x，y，z）的距离，m； dv源点周围处的体积元，m3；er源点指向场点的单位矢量。 对于线形电流I，由Jdv=Idl，得动力电缆周围的磁感应强度： 2） 式中：dl源点附近的长度，m。 由1）2）式，动力设备和电缆产生的干扰与距离平方成反比， 随距离增大干扰衰减非常快。所以测控设备远离动力设备，电 缆与动力电缆分层布置或拉远距离，
16、是防止辐射干扰的重要措 施。 2.2.防干扰措施防干扰措施热控设备远离干扰源热控设备远离干扰源 火电厂热工自动化系统技术 热控设备供电线路上引入 的干扰超过容许范围时将产生 影响系统运行。例如：变频器 、大型电气设备启停时的电源 波动和开关分合火花产生的交 变磁场，这些交变磁场既可通 过信号线耦合产生干扰，也可 能通过电源线产生工频干扰 2.2.防干扰措施防干扰措施采用采用UPSUPS电源或隔离变电源或隔离变 初级次级 屏蔽 初级 次级 屏蔽 铁 芯 采用UPS电源（正常工作时）、隔离变压器或抑制干扰装置， 隔离变压器，初级次级匝数比为1/1，和一般变压器不同处：为 减小级间分布电容，初次级绕组分开绕制，各自加屏蔽，初次级绕 组和铁芯均接地。是抑止来自工频电源干扰的有效方法。 火电厂热工自动化系统技术 某电厂二期工程中，燃油泵控制系统的远程I/
