注水泵配電系統(tǒng)中的電磁干擾危害分析與處理

張自亮，張雅，張浩

（1.新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院 烏魯木齊分院，新疆 烏魯木齊 830026；2.中國建筑設(shè)計(jì)研究院 機(jī)電院，北京 100044；3.新疆建筑設(shè)計(jì)研究院 機(jī)電一所，新疆 烏魯木齊 830002）

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，國內(nèi)外對產(chǎn)品的電磁兼容測試要求也越來越嚴(yán)格，選用抗干擾的等級也越來越高，但即使是這樣，電力系統(tǒng)依然會受到電磁干擾帶來的影響。如何正確及巧妙地解決電磁干擾這一問題關(guān)系到我們是否能以最優(yōu)的方案解決工程中出現(xiàn)的變配電系統(tǒng)因電磁干擾而無法正常運(yùn)行的這一實(shí)際問題。本文通過一個典型的工程實(shí)例講解如何巧妙地解決電磁干擾問題而不僅僅是去更換成更昂貴的產(chǎn)品及元器件。

1 電磁干擾概述

電磁干擾是指電磁擾動引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。換句話說，電磁干擾就是由電磁擾動引起的后果。其干擾途徑可能是透過電源線／信號線的傳導(dǎo)干擾或經(jīng)由空氣中的輻射干擾。目前，電力系統(tǒng)的電磁干擾源有外部干擾和內(nèi)部干擾2個方面：外部干擾包括了高壓開關(guān)操作、雷電、短路故障、電暈放電、電纜、電線、向周圍輻射電磁波及高頻載波的設(shè)備和對講機(jī)等輻射干擾源，及附近電臺、通信等產(chǎn)生的電磁干擾、靜電放電等。內(nèi)部干擾是由電力自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、元件布置和生產(chǎn)工藝等決定的。主要有雜散電感、電容引起的不同信號感應(yīng)，長線傳輸造成的波反射、寄生振蕩和尖峰信號引起的干擾等。不論是內(nèi)部還是外部干擾，它們都具有相同的物理特性，所以消除和抑制的措施基本是相同的［1］。

2 注水泵的一拖二變頻調(diào)速系統(tǒng)

注水泵是油田生產(chǎn)中的主要設(shè)備，其功能是通過向地下注水，加大油藏中的壓力，提高原油產(chǎn)量。該系統(tǒng)是對2臺注水泵共用1臺變頻器進(jìn)行切換運(yùn)行。其中，2臺泵均具有工頻和變頻2種運(yùn)行方式，且當(dāng)1臺泵變頻運(yùn)行時，另1臺泵只可工頻運(yùn)行。為了對該系統(tǒng)進(jìn)行全面細(xì)致的分析，在本節(jié)中分別給出了其一次接線圖和二次控制原理圖，分別如圖1～圖4所示。

圖1 一次接線圖Fig.1 Connecting drawing

圖2 AH4切換柜控制原理圖Fig.2 Control principle diagram of AH4

圖3 AH1／AH2電源柜控制原理圖Fig.3 Control principle diagram of AH1／AH2

圖4 AH3電源柜控制原理圖Fig.4 Control principle diagram of AH3

圖1中，AH1和AH2分別為1＃泵和2＃泵的工頻運(yùn)行電源柜；AH3為兩泵共用的變頻器電源柜；AH4為1＃泵和2＃泵變頻運(yùn)行方式的切換柜。1KM與2KM，1QF相互閉鎖，2KM 與1KM，2QF相互閉鎖，即1KM閉合時，2KM，1QF均不能閉合；2KM閉合時，1KM，2QF均不能閉合。

說明如下：

1）該虛線框內(nèi)所框元器件及接線為交流接觸器1KM的內(nèi)部構(gòu)造；

2）該虛線框內(nèi)所框元器件及接線為交流接觸器2KM的內(nèi)部構(gòu)造；

3）該虛線框內(nèi)所框元器件及接線為綜合保護(hù)器的內(nèi)部構(gòu)造，該系統(tǒng)所選綜合保護(hù)器為CR－21BDJ型號；

4）1KA1和2KA1為中間繼電器。1KM為1＃泵的交流接觸器1KM的常閉輔助觸點(diǎn)。2＃泵二次接線圖也為圖3，僅將1KM編號相應(yīng)變?yōu)?KM。

根據(jù)系統(tǒng)控制原理知，當(dāng)1＃泵（2＃泵）采用變頻運(yùn)行時，2＃泵（1＃泵）可采用工頻運(yùn)行；每臺泵雖具備2種運(yùn)行方式，但2種運(yùn)行方式相互閉鎖，不會相互影響。當(dāng)需要改變泵的運(yùn)行方式時，應(yīng)先停機(jī)，再將變頻器投入或切除，然后啟動。

這里以1＃泵變頻運(yùn)行為例，具體說明系統(tǒng)的控制流程。

第1步：見圖4，將AH3電源柜上的手車開關(guān)推到合閘位置（即圖4中的“XWK”的43－44端子接通），且機(jī)械儲能機(jī)構(gòu)儲能結(jié)束后 WK觸點(diǎn)閉合。

第2步：見圖2，將AH4切換柜上的切換開關(guān)QT1打到①－②接通位置，這時交流接觸器1KM得電，則1KM的相應(yīng)輔助觸點(diǎn)動作；圖1中，1KM的主觸點(diǎn)閉合；圖2中，1KM的常閉輔助觸點(diǎn)斷開；圖3中，1KM的常閉輔助觸點(diǎn)斷開；圖4中，1KM的常開輔助觸點(diǎn)閉合。

第3步：見圖3，將AH1電源柜（1＃泵的電源柜）上的切換開關(guān)QT打在⑤－⑥接通位置（即選用泵房就地手合閘的操作方式），再按動2SBF（泵房中的合閘按鈕），這時中間繼電器1KA1得電，則圖4中1KA1的常開輔助觸點(diǎn)閉合。這時圖4中的HJ線圈（綜合保護(hù)器的合閘線圈）得電，則其相應(yīng)輔助觸點(diǎn)動作，圖4中HJ常開輔助觸點(diǎn)閉合，這時圖4中HQ線圈（斷路器的合閘線圈）得電，則斷路器3QF合閘動作，1＃泵變頻運(yùn)行。

此時1＃泵為變頻運(yùn)行狀態(tài)，而2＃泵可以工頻啟動（斷路器2QF動作）或不啟動。若這時想改變泵的運(yùn)行方式，如讓1＃泵工頻運(yùn)行，則需先停機(jī)，再進(jìn)行泵的運(yùn)行方式的切換，然后按動啟動按扭2BF，1＃泵開始工頻運(yùn)行，具體控制原理及流程分析同上，此處不再贅述。

3 注水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)中的電磁干擾危害

3.1 問題描述

該系統(tǒng)自2003年8月改造完成進(jìn)入試運(yùn)階段，經(jīng)過半個多月的反復(fù)檢查、多次操作，系統(tǒng)仍不能成功運(yùn)行。主要問題是在1＃泵或2＃泵變頻運(yùn)行一段時間后，當(dāng)要改變其運(yùn)行方式或要讓另一臺泵變頻運(yùn)行時，需先將1＃泵或2＃泵停機(jī)，然后再將變頻切除（即將圖2中的QT1打在分?jǐn)辔恢茫?，但是變頻器剛切除還未按動啟動按鈕時，1＃泵或2＃泵便產(chǎn)生誤動（即斷路器1QF或2QF動作），直接工頻啟動運(yùn)行。如不及時處理，將會對操作人員的生命安全構(gòu)成威脅。

3.2 原因分析

因?yàn)檎`動問題主要表現(xiàn)在泵的自動工頻啟動問題，因此首先從圖3進(jìn)行分析，泵的工頻運(yùn)行主要流程為：HJ線圈得電，則其HJ輔助觸點(diǎn)閉合，所在回路導(dǎo)通，HQ合閘線圈得電，則帶動斷路器（1QF或2QF）合閘動作。從該流程分析得出能造成斷路器（1QF或2QF）合閘動作的二次元件主要為綜合保護(hù)繼電器中的HJ線圈（兩端端子編號為CR33，CR39），該線圈與－KM母線之間有接觸器（1KM）常閉輔助接點(diǎn)，該接點(diǎn)在變頻器切除時復(fù)位閉合，因此對HJ線圈前端端子CR33與－KM母線之間進(jìn)行電壓檢測。重復(fù)誤動發(fā)生前的運(yùn)行狀態(tài)，即當(dāng)電機(jī)變頻運(yùn)行一段時間停機(jī)后且在切除變頻器前，用萬用表測量CR33與－KM母線之間電壓。測量結(jié)果為CR33和－KM母線之間有17V的電壓。

從圖3分析，在誤動發(fā)生的前一時間段即停機(jī)但還未切除變頻器之時，這兩端子（CR33和CR39）間的HJ線圈及附加電阻經(jīng)過按鈕和1KM的常閉輔助接點(diǎn)（此時斷開）與外部控制電源處于雙隔離狀態(tài)，而當(dāng)誤動發(fā)生時即切除變頻器時，只有1KM的常閉輔助接點(diǎn)復(fù)位閉合，因此可判斷正是由于CR33與－KM母線間的這17V電壓使得HJ線圈中有導(dǎo)通電流流過，從而使斷路器動作。但要解決問題必須要先弄清楚這17V電壓是如何產(chǎn)生的。

由于在各電源柜中主系統(tǒng)是交流電，因此根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，推斷得出這17V電壓是由于電磁干擾產(chǎn)生的感應(yīng)電勢。在此情況（產(chǎn)生感應(yīng)電勢）下進(jìn)行切除變頻操作即1KM失電復(fù)位（未按動啟動按鈕），使HJ線圈與控制電源的低電位（－KM母線）接通了，這時，HJ線圈上原有的17V感應(yīng)電勢便向－KM母線釋放以達(dá)到電位平衡。這種釋放形成的局部小電流足以使HJ的接點(diǎn)動作，從而使斷路器合閘線圈HQ的控制電源接通，引起誤動作。

根據(jù)以上分析，我們將這一誤動問題歸納為由傳輸交流電的導(dǎo)線引起的外部干擾，因此針對外部干擾我們采取規(guī)避干擾的方法進(jìn)行處理。

3.3 處理方案

圖5 調(diào)整后的接線圖Fig.5 Connecting drawing after adjusting

根據(jù)誤動原因分析，我們堅(jiān)持控制原理不變和嚴(yán)防感應(yīng)電荷的聚積（規(guī)避干擾）的兩項(xiàng)原則對接線做了適當(dāng)調(diào)整，詳見圖5。其中，僅將1KM接點(diǎn)的位置做了調(diào)整。但這一調(diào)整既沒有改變原有控制原理，而且使綜合保護(hù)器的HJ線圈與控制電源的低電位－KM母線間不再有斷點(diǎn)，防止了感應(yīng)電荷在HJ線圈上的聚積，使CR33與－KM母線間在與＋KM母線接通前基本無電勢差，消除了局部小電流產(chǎn)生的根源。

4 結(jié)論

本文針對漠北油田6kV注水泵配電系統(tǒng)中的電磁干擾危害進(jìn)行了詳細(xì)分析，并給出了解決方案。改造后的系統(tǒng)操作靈活，運(yùn)行平穩(wěn)，投運(yùn)至今再未發(fā)生任何誤動。通過對本工程案例的詳細(xì)分析和解決，為以后在工程實(shí)踐中如何使用理論知識來解決實(shí)際問題及如何抑制電磁干擾帶來的危害等提供了重要的指導(dǎo)價值。

［1］黃曉濤.淺談變電站綜合自動化系統(tǒng)的抗電磁干擾措施［J］.中國水能及電氣化，2003（11）：44－45.