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摘要：在电厂的热工控制系统中，经常会受到与热工信号无关的电信号的干扰。所谓的干扰信号是指叠加或者窜入系统电源或者信号线上的电信号。干扰信号会导致出现误差测量，如果干扰严重，比如大的串模干扰或者雷击等还会导致保护误动，或者引发严重的电力事故。所以对产生干扰的根本原因做出分析，采取相应的预防措施，可以有效地保证火电机组的安全性、可靠性。本文在分析产生干扰信号源头的基础上，提出相应的抗干扰措施。
关键词：电厂热工控制系统；干扰信号；抗干扰
作者简介：黄泽山（1973-），男，海南乐东人，华能海南南山电厂，助理工程师。（海南 三亚 572000）
中图分类号：TM611 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）36-0097-02
一、干扰信号的分类
根据干扰信号作用于热工信号的方法，可以将其分为差模干扰和共模干扰两种。其中差模干扰是指干扰信号和有效输入信号串联迭加。
U1点所示的为信号源，点R为信号源内阻，而U2所表示的就是差模干扰信号。差模干扰是指在信号两极之间作用的干扰电压，它主要是因为不平衡电路以及电磁场在信号间的耦合感应共模干扰而形成的电压，它会与有效输入信号直接叠加，对控制系统的测量、控制精度产生直接的影响。
而共模干扰则是系统的输入端相对于参考地共用的干扰电压信号，用Ucm表示，。
由上图可以看出，共模干扰主要是信号对地的电位差，通常经过电网串入、地电位差以及空间电磁辐射在信号线上感应的同方向共态电压迭加而形成的。在上图中，信号处理部分接受到A、B两端对系统地电压，可以看出Ucm是A、B对地的共有电压，即共模电压。在这里Ucm既可以是直流电压，也可以是交流电压，主要是产生干扰的环境条件来决定的。
二、干扰源
在电厂热工控制系统应用过程中，其干扰信号主要来源于以下几个方面。
第一，漏电阻，这种情况大多数是因为绝缘不良，长期使用过程中绝缘材料逐渐老化，漏电就会对其它信号产生影响。第二，公共阻抗，如果两个或者两个以上回路共用同一个阻抗，有可能会由于公共阻抗形成回路间干扰，比如当若干电路公用同一个电源时，电源内阻以及汇流条就会形成公共阻抗。第三，来自于静电耦合引入的干扰，在电力系统中，因为要平行布置的控制信号线有很多，在各平行导线之间会存在分布电容，这样交变干扰信号就有了电抗通道，外部干扰就会借此通道窜入系统中。第四，来自于电磁耦合引入的干扰，所谓电磁耦合是由电感所引入的感应电势。所有的交变信号线附近都会有电磁场产生，而在并行导体之间这些交变的电磁场会产生电动势，这些均会导致无效信号干扰线路。第五，计算机带电线路也会引入干扰信号。由于火电厂的大型电气设备会频繁启动，在这个过程中一些较大的开关装置也会频繁的动作，在这个过程中，电动机的开启、开关闭合等动作会产生火花，从而在其附近产生强大的交变磁场。这些交变磁场不仅能够通过信号线的耦合产生干扰，而且还可以通过电源线产生高频干扰，如果这些干扰超出了许可的范围，则会对计算机系统的正常运行产生干扰。第六，来自于现代无线通讯工具所产生的干扰信号，一些现代无线通讯工具，比如手机或者对讲机等，均会发射出比较强的电磁波，其所产生的交变磁场会利用仪表仪器的电路板或者信号线上的耦合产生干扰。第七，通过电容耦合方式直流静电感应所造成的干扰，在设备附近或者直流导线的四周有电场存在，如果测量线路和干扰线路敷设方式是平行的，这就等于构成了一个电容，这种情况下发生变化的干扰线电压会通过电容耦合的方法对测量线产生干扰电压。第八，通过电感耦合的方法交流电磁感应所产生的干扰，在交流导线附近有交变磁场存在，如果平行敷设的两个电路之间互感，则会由于存在磁交链而导致导线中电流发生变化互相产生干扰。第九，辐射电磁波所产生的干扰，通常在直流电动碳刷滑动的过程中、电动机启动的过程中、开关闭合时所产生的火化、电焊机的弧光以及一些功率比较大的高频发生装置等等，这些均会产生电磁波，且其扩散形式为空间辐射式的，这种电磁波可以干扰测量线，严重的甚至于会引入到整个DCS系统对其产生影响。第十，由于接地方法不当也会产生共模干扰与差模干扰，测量线的两头同时接地，如果由于供电系统负荷不平衡造成两个接地点中有电流从大地中流过，形成压降，两头同时出现干扰就会形成共模干扰，共模干扰一般对测量不会有太大影响，但是因为测量线路中只有一头有调整电阻，会导致两端电位差的出现，从而形成差模干扰。第十一，公共阻抗产生的干扰，在测量设备中经常会有一些外部信号的公用线或者内部电源导线，这些线路中一个电路电流经过公共阻抗都会有压降产生，这时电源会把干扰电压耦合到其它的回路中，电流和电压就会发生明显的瞬变时干扰。第十二，高压接地和雷击等均会在系统周围产生非常强大的电磁干扰，而且这种干扰会流经接地网引入控制系统，干扰系统的正常运行，严重的会造成系统的损毁。
通过上述分析可以看出，如果要生成干扰信号不仅要有干扰源，而且还要具备一个传递干扰信号的耦合通道，最后还要有一个敏感电路，可以接收这个干扰信号并将其表现出来。
三、热工控制系统中抑制干扰信号的策略
通过上述分析我们可以看出，如果要抑制干扰信号可以从以下三个方面进行：第一，将干扰源消除或者抑制住；第二，对干扰信号的传递途径加以阻截；第三，将接受干扰信号电路的敏感性削弱掉等。此外，由于DCS系统在工业生产领域的应用越来越广泛，智能仪表也越来越普及，在一些抑制干扰的技术和措施中，一些软件技术，比如数字滤波以及数字处理等也有着十分明显抑制干扰效果。下面就几种常用的技术措施做出介绍。
1.物理隔离
采用物理隔离技术首先要保证绝缘的可靠性，从而保证各导线间不会存在漏电流或者漏电阻问题，要求在工程施工过程中选择耐压等级满足相关规定的绝缘材料和绝缘电阻，从而保证其安全性与可靠性。然后就是敷设方式的正确性，具体要求如下：首先，要防止出现平行敷设，把弱电信号导线和强电信号导线分开来，不捆扎，更不能用同一根电缆，信号导线、动力导线以及干扰源的距离要尽可能的扩大，在导线穿管敷设的过程中，要保证信号线与电源线不能同处一根导线管；其次，如果两根导线信号相同，则要敷设在同一条电缆中，即尽量保证多芯电缆用于传递同类测量信号；再次，强电系统不能和弱电信号回路共用接地线，同一个信号两根导线的地线路要先短接，然后再连通大地；最后，DCS系统不得与电气和防雷接地公用一个接地网，且三者之间要保持一定的距离。
2.屏蔽干扰信号
对干扰信号进行屏蔽主要是利用金属导体将需要屏蔽的元件、信号线以及电路和组合件等包围起来，把测量设备与干扰信号隔离开来，主要对电流性噪声耦合起到抑制作用，使得外界电磁场不会影响到测量信号。在实际生产过程中，为了消除静电感应信号线通常都会选择屏蔽电缆，而且要将电缆放在金属槽盒中以屏蔽外界磁场的干扰。
3.平衡抑制
可以利用电路的平衡关系，如果两根导线传输同一个信号有同样的干扰电压，就可以互相抵消，从而对外界的磁场干扰起到很好的抑制作用。在实际生产过程中，由于双绞线自身就属于一种平衡电路，因此利用这个原理将两根平行线用双绞线来替代，可以对磁场干扰信号起到一定的抑制作用。
4.接地保护
所谓的接地保护是利用接地保护设备以及人身安全同时抑制干扰。一般情况下接地有两种情况，一种是保护接地，即把电气设备以及用电仪表在正常情况下不带电的金属部分通过可靠的金属连接连接接地体，如果仪表盘意外带电，则接地短路电流大部分可以通过接地电阻；另外一种是工作接地，主要作用是互容耦合以及消除互感，以保证仪表能够可靠、精确的工作。为了将干扰信号尽量削弱，并抑制共模和差模干扰，在屏蔽接地时要遵循一点接地的原则。
四、常见事故的处理
在实际的工程中，如果无法抑制干扰信号不仅会对测量技术的精度产生影响，无法实现正常的控制作用，如果严重的话还会导致保护误动甚至设备损坏。下面我们谈谈几个实际工程中常见的典型事例。
1.循环水泵跳闸造成机组跳闸
通常在夏天系统水温高且负荷高的状态下，循环水泵会出现频繁的跳闸问题，从而引起机组跳闸。针对上述问题可以先对现场仪表DCS系统做出全面检查，如果不存在问题，再用事故记录仪对全部的热工保护信号、电气开关跳闸信号进行监测，如果仍然可以将这部分排除，可以考虑信号干扰问题。要先对接地系统进行全面检查，再针对模拟信号增加电容滤波回路，如果仍然存在跳闸问题则可以对保护停运信号作数字滤波，即可完全解决问题。
2.接地原因造成计算机工作紊乱
如果系统的接地点电位没有均匀分布，则接地点不同就会有电位差存在，从而产生环地电流，对系统的正常运行产生影响。如果地电位不同，会产生共模干扰，从而回路中会出现环流导致接地的两点存在误差。具体的解决措施就是浮空现场仪表接地点，保证控制系统一点接地即可消除故障。
3.6kV母联倒闸引起的发电机氢温高保护误动作
因为6kV母联倒闸动力电缆也会产生很强的辐射电磁干扰，从而对信号线产生干扰，尤其是热电偶信号或者热电阻信号等低电平模入信号。解决这种问题，可以设置屏蔽双绞线，在敷设时将电缆走向做出改变，与强电电缆保持较大距离可以有效地抑制动力线所产生的电磁干扰。
总之，电厂热工控制系统的干扰问题十分复杂，它与工程设计、安装调试以及日常维护等多方面均有着密切的联系，所以在制定抗干扰措施时要将各方面的综合因素全部考虑进来，采取合理、有效的抑制措施，从而保证控制系统正常、可靠地运行。
参考文献：
[1]吴朋.大型超临界机组先进控制策略研究[D].重庆:重庆大学,2009.
[2]李汉学,陈思云,沈思敏,等.控制过程中的抗干扰研究[J].武汉理工大学学报,2009,(3).
[3]熊建华,张琼.提高热工控制系统可靠性的改造措施[J].内蒙古电力技术,2010,(1).
[4]易伟峰,刘五义. 电厂热工控制系统应用中的抗干扰问题[J].华中电力,2009,(11).
（责任编辑：麻剑飞）
关键词：电厂热工控制系统；干扰信号；抗干扰
作者简介：黄泽山（1973-），男，海南乐东人，华能海南南山电厂，助理工程师。（海南 三亚 572000）
中图分类号：TM611 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）36-0097-02
一、干扰信号的分类
根据干扰信号作用于热工信号的方法，可以将其分为差模干扰和共模干扰两种。其中差模干扰是指干扰信号和有效输入信号串联迭加。
U1点所示的为信号源，点R为信号源内阻，而U2所表示的就是差模干扰信号。差模干扰是指在信号两极之间作用的干扰电压，它主要是因为不平衡电路以及电磁场在信号间的耦合感应共模干扰而形成的电压，它会与有效输入信号直接叠加，对控制系统的测量、控制精度产生直接的影响。
而共模干扰则是系统的输入端相对于参考地共用的干扰电压信号，用Ucm表示，。
由上图可以看出，共模干扰主要是信号对地的电位差，通常经过电网串入、地电位差以及空间电磁辐射在信号线上感应的同方向共态电压迭加而形成的。在上图中，信号处理部分接受到A、B两端对系统地电压，可以看出Ucm是A、B对地的共有电压，即共模电压。在这里Ucm既可以是直流电压，也可以是交流电压，主要是产生干扰的环境条件来决定的。
二、干扰源
在电厂热工控制系统应用过程中，其干扰信号主要来源于以下几个方面。
第一，漏电阻，这种情况大多数是因为绝缘不良，长期使用过程中绝缘材料逐渐老化，漏电就会对其它信号产生影响。第二，公共阻抗，如果两个或者两个以上回路共用同一个阻抗，有可能会由于公共阻抗形成回路间干扰，比如当若干电路公用同一个电源时，电源内阻以及汇流条就会形成公共阻抗。第三，来自于静电耦合引入的干扰，在电力系统中，因为要平行布置的控制信号线有很多，在各平行导线之间会存在分布电容，这样交变干扰信号就有了电抗通道，外部干扰就会借此通道窜入系统中。第四，来自于电磁耦合引入的干扰，所谓电磁耦合是由电感所引入的感应电势。所有的交变信号线附近都会有电磁场产生，而在并行导体之间这些交变的电磁场会产生电动势，这些均会导致无效信号干扰线路。第五，计算机带电线路也会引入干扰信号。由于火电厂的大型电气设备会频繁启动，在这个过程中一些较大的开关装置也会频繁的动作，在这个过程中，电动机的开启、开关闭合等动作会产生火花，从而在其附近产生强大的交变磁场。这些交变磁场不仅能够通过信号线的耦合产生干扰，而且还可以通过电源线产生高频干扰，如果这些干扰超出了许可的范围，则会对计算机系统的正常运行产生干扰。第六，来自于现代无线通讯工具所产生的干扰信号，一些现代无线通讯工具，比如手机或者对讲机等，均会发射出比较强的电磁波，其所产生的交变磁场会利用仪表仪器的电路板或者信号线上的耦合产生干扰。第七，通过电容耦合方式直流静电感应所造成的干扰，在设备附近或者直流导线的四周有电场存在，如果测量线路和干扰线路敷设方式是平行的，这就等于构成了一个电容，这种情况下发生变化的干扰线电压会通过电容耦合的方法对测量线产生干扰电压。第八，通过电感耦合的方法交流电磁感应所产生的干扰，在交流导线附近有交变磁场存在，如果平行敷设的两个电路之间互感，则会由于存在磁交链而导致导线中电流发生变化互相产生干扰。第九，辐射电磁波所产生的干扰，通常在直流电动碳刷滑动的过程中、电动机启动的过程中、开关闭合时所产生的火化、电焊机的弧光以及一些功率比较大的高频发生装置等等，这些均会产生电磁波，且其扩散形式为空间辐射式的，这种电磁波可以干扰测量线，严重的甚至于会引入到整个DCS系统对其产生影响。第十，由于接地方法不当也会产生共模干扰与差模干扰，测量线的两头同时接地，如果由于供电系统负荷不平衡造成两个接地点中有电流从大地中流过，形成压降，两头同时出现干扰就会形成共模干扰，共模干扰一般对测量不会有太大影响，但是因为测量线路中只有一头有调整电阻，会导致两端电位差的出现，从而形成差模干扰。第十一，公共阻抗产生的干扰，在测量设备中经常会有一些外部信号的公用线或者内部电源导线，这些线路中一个电路电流经过公共阻抗都会有压降产生，这时电源会把干扰电压耦合到其它的回路中，电流和电压就会发生明显的瞬变时干扰。第十二，高压接地和雷击等均会在系统周围产生非常强大的电磁干扰，而且这种干扰会流经接地网引入控制系统，干扰系统的正常运行，严重的会造成系统的损毁。
通过上述分析可以看出，如果要生成干扰信号不仅要有干扰源，而且还要具备一个传递干扰信号的耦合通道，最后还要有一个敏感电路，可以接收这个干扰信号并将其表现出来。
三、热工控制系统中抑制干扰信号的策略
通过上述分析我们可以看出，如果要抑制干扰信号可以从以下三个方面进行：第一，将干扰源消除或者抑制住；第二，对干扰信号的传递途径加以阻截；第三，将接受干扰信号电路的敏感性削弱掉等。此外，由于DCS系统在工业生产领域的应用越来越广泛，智能仪表也越来越普及，在一些抑制干扰的技术和措施中，一些软件技术，比如数字滤波以及数字处理等也有着十分明显抑制干扰效果。下面就几种常用的技术措施做出介绍。
1.物理隔离
采用物理隔离技术首先要保证绝缘的可靠性，从而保证各导线间不会存在漏电流或者漏电阻问题，要求在工程施工过程中选择耐压等级满足相关规定的绝缘材料和绝缘电阻，从而保证其安全性与可靠性。然后就是敷设方式的正确性，具体要求如下：首先，要防止出现平行敷设，把弱电信号导线和强电信号导线分开来，不捆扎，更不能用同一根电缆，信号导线、动力导线以及干扰源的距离要尽可能的扩大，在导线穿管敷设的过程中，要保证信号线与电源线不能同处一根导线管；其次，如果两根导线信号相同，则要敷设在同一条电缆中，即尽量保证多芯电缆用于传递同类测量信号；再次，强电系统不能和弱电信号回路共用接地线，同一个信号两根导线的地线路要先短接，然后再连通大地；最后，DCS系统不得与电气和防雷接地公用一个接地网，且三者之间要保持一定的距离。
2.屏蔽干扰信号
对干扰信号进行屏蔽主要是利用金属导体将需要屏蔽的元件、信号线以及电路和组合件等包围起来，把测量设备与干扰信号隔离开来，主要对电流性噪声耦合起到抑制作用，使得外界电磁场不会影响到测量信号。在实际生产过程中，为了消除静电感应信号线通常都会选择屏蔽电缆，而且要将电缆放在金属槽盒中以屏蔽外界磁场的干扰。
3.平衡抑制
可以利用电路的平衡关系，如果两根导线传输同一个信号有同样的干扰电压，就可以互相抵消，从而对外界的磁场干扰起到很好的抑制作用。在实际生产过程中，由于双绞线自身就属于一种平衡电路，因此利用这个原理将两根平行线用双绞线来替代，可以对磁场干扰信号起到一定的抑制作用。
4.接地保护
所谓的接地保护是利用接地保护设备以及人身安全同时抑制干扰。一般情况下接地有两种情况，一种是保护接地，即把电气设备以及用电仪表在正常情况下不带电的金属部分通过可靠的金属连接连接接地体，如果仪表盘意外带电，则接地短路电流大部分可以通过接地电阻；另外一种是工作接地，主要作用是互容耦合以及消除互感，以保证仪表能够可靠、精确的工作。为了将干扰信号尽量削弱，并抑制共模和差模干扰，在屏蔽接地时要遵循一点接地的原则。
四、常见事故的处理
在实际的工程中，如果无法抑制干扰信号不仅会对测量技术的精度产生影响，无法实现正常的控制作用，如果严重的话还会导致保护误动甚至设备损坏。下面我们谈谈几个实际工程中常见的典型事例。
1.循环水泵跳闸造成机组跳闸
通常在夏天系统水温高且负荷高的状态下，循环水泵会出现频繁的跳闸问题，从而引起机组跳闸。针对上述问题可以先对现场仪表DCS系统做出全面检查，如果不存在问题，再用事故记录仪对全部的热工保护信号、电气开关跳闸信号进行监测，如果仍然可以将这部分排除，可以考虑信号干扰问题。要先对接地系统进行全面检查，再针对模拟信号增加电容滤波回路，如果仍然存在跳闸问题则可以对保护停运信号作数字滤波，即可完全解决问题。
2.接地原因造成计算机工作紊乱
如果系统的接地点电位没有均匀分布，则接地点不同就会有电位差存在，从而产生环地电流，对系统的正常运行产生影响。如果地电位不同，会产生共模干扰，从而回路中会出现环流导致接地的两点存在误差。具体的解决措施就是浮空现场仪表接地点，保证控制系统一点接地即可消除故障。
3.6kV母联倒闸引起的发电机氢温高保护误动作
因为6kV母联倒闸动力电缆也会产生很强的辐射电磁干扰，从而对信号线产生干扰，尤其是热电偶信号或者热电阻信号等低电平模入信号。解决这种问题，可以设置屏蔽双绞线，在敷设时将电缆走向做出改变，与强电电缆保持较大距离可以有效地抑制动力线所产生的电磁干扰。
总之，电厂热工控制系统的干扰问题十分复杂，它与工程设计、安装调试以及日常维护等多方面均有着密切的联系，所以在制定抗干扰措施时要将各方面的综合因素全部考虑进来，采取合理、有效的抑制措施，从而保证控制系统正常、可靠地运行。
参考文献：
[1]吴朋.大型超临界机组先进控制策略研究[D].重庆:重庆大学,2009.
[2]李汉学,陈思云,沈思敏,等.控制过程中的抗干扰研究[J].武汉理工大学学报,2009,(3).
[3]熊建华,张琼.提高热工控制系统可靠性的改造措施[J].内蒙古电力技术,2010,(1).
[4]易伟峰,刘五义. 电厂热工控制系统应用中的抗干扰问题[J].华中电力,2009,(11).
（责任编辑：麻剑飞）