DCS系统接地讨论.doc

DCS系统接地讨论DCS系统的可靠接地，是保证工厂DCS安全，可靠运行的首要条件。大家根据对一些工厂的系统设计、现场经验，对DCS系统的接地，进行了探讨和简要介绍。总结：1、在一般情况下，DCS控制系统需要两种接地：保护地和工作地（逻辑地、屏蔽地等）。对于装有安全栅防爆措施的系统如化工行业所用的系统，还要求有本安地。(1) 保护地（CG，Cabinet Grounding） 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系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、端子柜等均应接保护地。保护地应接至厂区电气专业接地网，接地电阻小于4。(2) 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等的电源输出地。如CPU的正负5伏、正负12伏的负端。需要接入公共接地极。(3) 屏蔽地（AG，Analog Grounding） 也叫模拟地，它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号精度。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。(4) 本安地 应独立设置接地系统，接地电阻4。本安地的接地系统应保持独立，与厂区电气地网或其它仪表系统接地网的距离应在5m以上。2 、DCS系统接地方式 (1) 利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地； (2) 设DCS系统专用独立的接地网；(3) 设DCS专用接地网，经接地线、再接至电气接地网； 由于第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处，过去，计算机或DCS系统曾经较多的采用过专用的接地网。但这种接地方式存在的缺点是：占地面积太大，投资高，电缆及接地网钢材耗量大，距厂房有相当的距离（因不易在厂房内找到合适的位置），管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，且效果不甚良好。根据实际运行表明，设置专用的DCS接地网是既困难又不安全的。如某电厂曾因接地问题，造成机组跳闸数十次。根据调查，不少电厂DCS后来改用电气接地网接地，取得了良好的效果。仪表控制系统接地方法-一、 接地分类 接地主要可分为保护接地、工作接地、本安系统接地、防静电接地和防雷接地。1、保护接地1)保护接地（也称为安全接地）是为人身安全和电气设备安全而设置的接地。凡控制系统的机柜、操作台、仪表柜、配电柜、继电器柜等用电设备的金属外壳及控制设备正常不带电的金属部分，由于各种原因（如绝缘破坏等）而有可能带危险电压者，均应作保护接地。2)低于36V 供电的现场仪表，可不做保护接地，但有可能与高于36V 电压设备接触的除外。3)当安装在金属仪表盘、箱、柜、框架上的仪表，与已接地的金属仪表盘、箱、柜、框架电气接触良好时，可不做保护接地。2、工作接地1)仪表及控制系统工作接地包括：仪表信号回路接地和屏蔽接地。2)隔离信号可以不接地。这里的“隔离”是指每一输入信号（或输出信号）的电路与其它输入信号（或输出信号）的电路是绝缘的、对地是绝缘的，其电源是独立的、相互隔离的。3)非隔离信号通常是以直流电源负极为参考点，并接地。信号分配均以此为参考点。4)仪表工作接地的原则为单点接地，信号回路中应避免产生接地回路，如果一条线路上的信号源和接收仪表都不可避免接地，则应采用隔离器将两点接地隔离开。3、本安系统接地1)采用隔离式安全栅的本质安全系统，不需要专门接地。2)采用齐纳式安全栅的本质安全系统则应设置接地连接系统。3)齐纳式安全栅的本安系统接地与仪表信号回路接地不应分开。4、防静电接地1)安装DCS、PLC、SIS 等设备的控制室，应考虑防静电接地。这些室内的导静电地面、活动地板、工作台等都应进行防静电接地。2)已经做了保护接地和工作接地的仪表和设备，不必再另做防静电接地。5、防雷接地1)当仪表及控制系统的信号线路从室外进入室内后，需要设置防雷接地连接的场合，应实施防雷接地连接。2)仪表及控制系统防雷接地应与电气专业防雷接地系统共用，但不得与独立避雷装置共用接地装置。二、接地形式和接地原则 系统接地形式主要分为等电位接地和单独接地。接地原则为单点接地，即通过唯一的接地基准点ERP 组合到接地系统中去。1、系统推荐采用等电位单点接地方式进行接地。这要求工艺装置（或厂区）周围存在等电位接地网。2、在无法满足等电位接地的情况下，允许系统工作接地进行一点单独接地，同时将系统保护接地接到电气地。在系统地和保护地无法分离的情况下，可以将系统保护接地和工作接地进行一点单独接地。三、接地连接方法1、当采用等电位接地时，要求将建筑物（或装置）的金属结构、基础钢筋、金属设备、管道、进线配电箱的PE（保护接地线）母排、接闪器引下线形成等电位联结，控制系统保护接地和工作接地应分类汇总到该总接地板，实现等电位联结，与电气装置合用接地装置并与大地连接。但控制系统在接地网上的接入点应和防雷地、大电流或高电压设备的接入点保持不小于5 米的距离。2、当采用单独接地时，此时应保证接地电阻小于4 欧姆，且单独接地体与其他电气专业接地体应相距5m 以上，和独立和防直击雷接地体须相距20 米以上。具体的一点接地的形式根据可现场条件，在以下几种情况下选择。（以下所列情况为工作接地的连接，正常情况下保护接地应接到电气地，若无法将工作接地和保护接地分开，可以将保护接地与工作接地连接到同一单独接地体） 在一般的条件下，推荐采用4 根2m 长的50*50 的角钢，呈边长为5m 的正方形打入地下70cm 以上，再用镀锌扁铁焊接（建议用堆焊）起来，用16mm2 的导线（一般控制导线长度20m）引到控制室接地铜排的方式，基本上都能满足接地电阻小于4 欧姆的要求，特殊的地理情况下，需采用降阻剂来降低接地电阻。 对于没有条件单独打地桩的情况下，可以采用电气地作为系统的接地，此时工作接地和保护接地都连接到电气地，但要注意选取接入点时应尽可能远离大电机的接入点，同时与避雷地的接入点间的距离也应大于20m。 系统的操作台、外配柜等低压电气柜应视为保护接地，接地线统一连到一保护接地接地铜条。若外配柜中安装有安全栅，安全栅接地应视为工作接地，接地线连接到工作接地接地铜条。然后根据具体情况连接到接地体。 对于两个控制站之间或控制站与操作台之间的距离较远的情况下（一般以是否在同一幢内或者两者之间距离超过30m 为基准），可以采取分别接地的原则进行接地。 若远程机笼与主控机笼之间采用了电气隔离装置或光电隔离装置，则远程机笼可以就地进行接地。 UPS 的接地一般应选择厂方的电气地。四、接地系统接线和接地电阻1、接地系统的导线应采用多股绞合铜芯绝缘或电缆。2、接地系统的各接地汇流排可采用截面为25mm6mm 的铜条制作。3、接地系统的各接地汇总板应采用铜板制作，厚度不小于6mm，长、宽尺寸按需要确定。4、机柜内的保护接地汇流排应与机柜进行可靠的电气连接。5、工作接地汇流排、工作接地汇总板应采用绝缘支架固定。6、接地系统的各种连接应牢固、可靠，并应保证良好的导电性。接地线、接地干线、接地总干线与接地汇流排、接地汇总板的连接应采用铜接线片和镀锌钢质螺栓，并应用防松件，或采用焊接。7、各类接地连线中，严禁接入开关或熔断器。8、接地线的截面可根据连接仪表的数量和接地线的长度按下列数值选用：a)接地线：1mm2 2.5mm2；b)接地干线：4mm2 16mm2；c)接地总接线板的接地干线：10mm2 25mm2；d)接地总干线：16mm2 50mm2；e)雷电浪涌保护器接地线：2.5mm2 4mm2；9、电浪涌保护器接地线应尽可能短，并且避免弯曲敷设；10、地系统的标识颜色为绿色或绿、黄两色；11、仪表或设备的接地端子到接地极之间的导线与连接点的电阻总和，称为接地连接电阻。12、接地极对地电阻与接地连接电阻之和称为接地电阻。13、仪表及控制系统的接地电阻为工频接地电阻，不应大于4 欧姆。14、仪表及控制系统的接地连接电阻不应大于1 欧姆。五、其他注意事项1、当现场雷暴日较多，控制系统的信号、通信和电源等线路在室外敷设或从室外进入室内的，应考虑实施防雷接地措施。2、计算机在出厂前已将工作接地和保护接地连在一起，系统操作台插座上的接地端子在系统出厂时已经连接到接地排上，计算机是通过电源线的接地线连接到接地端子上的。3、接地干线长度若超过10 米或周围有强磁场设备，应采取屏蔽措施，将接地干线穿钢管保护，钢管间连为一体；或采用屏蔽电缆，钢管或屏蔽电缆的屏蔽层应单端接地。若接地干线在室外走线并距离超过10 米，应采用双层屏蔽，内层单点接地，外层两端接地，以防止电磁脉冲的干扰。4、仪表电缆槽、电缆保护金属管应做保护接地，可直接焊接或用接地线连接在附近已接地的金属管道上，并应保证接地的连续和可靠，但不得接至输送可燃物质的金属管道。仪表电缆槽、电缆保护金属管的连接处，应进行可靠的导电连接。5、信号屏蔽电缆的屏蔽层接地应为单点接地，应根据信号源和接收仪表的不通情况采用不同接法。当信号源接地时，信号屏蔽电缆的屏蔽层应在信号源端接地，否则，信号屏蔽电缆的屏蔽层应在信号接收仪表一侧接地。6、接地干线导线截面积应不小于16mm2。1 随着电力工业的迅速发展和热工自动化水平的提高，分散控制系统(DCS)已在国内各电厂中得到广泛应用。而DCS系统合理、可靠的接地非常重要。为了保证DCS 系统的监控精度和安全、稳定运行，必须对DCS系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地极选择等方面，进行认真设计和统筹考虑。 2 DCS系统接地的重要意义 所谓接地就是将电路、单元与充作信号公共参考点的一等位点或等位面实现低阻抗连接。接地系统能否符合规程要求，主要指标是接地电阻大小，DCS系统接地电阻要求小于4。 DCS系统接地，一是为了保证当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地。二是接地系统能够为DCS 提供屏蔽层，消除电子噪声干扰，并为整个控制系统提供公共信号参考点（即参考零电位）。当接地系统发生问题时(接地电阻过大，多点接地，接地线断线或接地线与高电压、大电流设备相接触等)，会造成设备损坏，甚至人身伤害。据了解，有些电厂DCS系统经常“死机” (或不明原因的“死机”)和监控信号波动，大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。 因此，完善、可靠、正确的接地，是DCS系统能够安全、可靠、稳定运行的关键。 3 DCS系统接地分类 为了正确接地，必须正确处理各种不同信号的接地。在DCS系统中，大致可分为以下几种地线； 1、数字地：这种地也叫逻辑地，是各种开关量（数字量）信号的零电位。 2、模拟地：这种地是各种模拟量信号的零电位。 3、系统地：系统地主要是保证基准电压。 4、信号地：这种地通常为传感器的地。 5、交流地：交流供电电源的地线，这种地线通常是产生噪声的地。 6、直流地：直流供电电源的地。 7、屏蔽地：（也叫机壳地）为防止静电感应和磁场感应而设。 4 DCS系统接地原则 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( 体 )也应远离大型电力设备的接地极 ( 体 )。根据接地性质、系统差异和接地线处理等情况，接地有下面几种原则。 4.1 一点接地和多点接地 一般低频电路应一点接地，高频电路应就近多点接地。继电保护和自动装置采用两点接地。在低频电路中，布线和元件间的电感不是大问题，而接地形成的环路的干扰影响很大。因此常以一点作为接地点。但一点接地不适用于高频，地线上具有电感而增加了地线阻抗；同时各地线之间又产生电感耦合。一般来说，频率在1MHz以下可用一点接地，高于10MHz时，采用多点接地，在1MHz到10MHz之间可用一点接地，也可采取多点接地；通常DCS系统采用一点接地。这就证明部分人员的认识误区：DCS接地与继电保护接地规则矛盾，即DCS要求一点接地，但继电保护要求在现场两点接地，当电气量进入DCS时，两种规定冲突的错误说法。对于仪表接地的分类有这种分法：保护地：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；Y要求：控制站内部通过导线1.5mm2一点接站内保护地；然后用较粗的导线10mm2作为柜间保护接地线将各个站保护地连在一起，再用20mm2导线作为保护接地支线接到保护接地铜牌，最后用90mm2作为保护接地干线与整个接地系统相连，要求接地电阻小于4欧姆； 屏蔽地：把信号传输时受到的干扰屏蔽掉，提高信号质量，电缆的屏蔽层应做屏蔽接地；和利时的系统有信号屏蔽和DP卡件通讯线的接地，信号线的屏蔽层受限接到柜内屏蔽分汇流排，再将分流排用1.5mm2导线以辐射状连接到机柜内母汇流排，再用20mm2导线以辐射状接到屏蔽接地铜牌，最后用90mm2导线作为保护接地干线与接地连接，机柜内屏蔽导线连接电阻不大于1欧姆，屏蔽地电阻要求小于4欧姆； 系统地：系统本体包括I/O设备的24VDC,或5VDC工作电源地；各个系统不同，有的可不接地，如模块需要接地可用1.5mm2导线将模块的24VDC电源负端与机柜外壳连接即可；以上的保护地可以说成是电气地，屏蔽地和系统地可以看成仪表地。DCS合理、可靠的系统接地，是DCS 系统非常重要的内容。为了保证DCS 系统的监测控制精度和安全、可靠运行，必须对系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地线截面选择、接地极设计、接地箱布置等方面，进行认真设计和统筹考虑。本文根据DCS系统的设计规范要求，对DCS系统接地进行讨论和简要的介绍，以供大家在DCS系统设计、安装、维护中参考。1、DCS系统接地的基本要求 DCS系统接地是为了保证当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地。接地系统能够为DCS提供屏蔽层，消除电子噪声干扰，并为整个控制系统提供公共信号参考点（即参考零电位）。当接地系统发生问题时（接地电阻过大，多点接地，接地线断线或接地线与高电压、大电流设备相接触等），会造成人员的触电伤害及设备的损坏，据了解，有些电厂DCS系统经常“死机” （或不明原因的“死机”），大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。 因此，完善、可靠、正确的接地，是DCS 系统能够安全、可靠和良好运行的关键。 1.1 DCS接地分类 在一般情况下，DCS控制系统需要两种接地：保护地和工作地（逻辑地、屏蔽地等）。对于装有安全栅防爆措施的系统如化工行业所用的系统，还要求有本安地。 (1) 保护地（CG，Cabinet Grounding） 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系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、端子柜等均应接保护地。保护地应接至厂区电气专业接地网，接地电阻小于4。 (2) 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等的电源输出地。如CPU的正负5伏、正负12伏的负端。需要接入公共接地极。 (3) 屏蔽地（AG，Analog Grounding） 也叫模拟地，它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号精度。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。 (4) 本安地 应独立设置接地系统，接地电阻4。本安地的接地系统应保持独立，与厂区电气地网或其它仪表系统接地网的距离应在5m以上。 1.2 DCS系统接地方式 DCS系统一般接地方式 (1) 利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地； (2) 设DCS系统专用独立的接地网； (3) 设DCS专用接地网，经接地线、再接至电气接地网； 由于第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处，过去，计算机或DCS系统曾经较多的采用过专用的接地网。但这种接地方式存在的缺点是：占地面积太大，投资高，电缆及接地网钢材耗量大，距厂房有相当的距离（因不易在厂房内找到合适的位置），管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，且效果不甚良好。根据实际运行表明，设置专用的DCS接地网是既困难又不安全的。如某电厂曾因接地问题，造成机组跳闸数十次。根据调查，不少电厂DCS后来改用电气接地网接地，取得了良好的效果。1.3 对公共接地极（网）的要求(1) 当厂区电气接地网对地分布电阻4时，可将厂区电气接地网当着DCS系统的公共接地极（网）。(2) 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）。(3) 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。(4) 接地极周围15米内无避雷地的接入点，8米内无 30KW 以上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时，防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起，二者应距离10米以上。2、DCS系统的接地原则2.1 DCS系统设置的接地装置(1) 操作台、打印台、服务器柜：设有保护地螺钉。(2) 继电器柜、UPS柜、配电柜：设有保护地螺钉。(3) DCS的I/O机柜：设有屏蔽接地汇流排，保护地螺钉。系统地（+24V地）悬浮。(4) 仪表柜、手操盘台：设有屏蔽地接地汇流排，保护地螺钉。(5) 安全栅柜：设有屏蔽地接地汇流排，本安地接地汇流排，保护地螺钉。2.2 信号屏蔽及其接地 (1) 根据有关技术规定要求