一起變頻器引起的信號回路干擾及其處理方法

賈濤

摘要：本文介紹了變頻器引起信號回路干擾的基本類型，分析了江蘇省某一新建2×400MW級燃機熱電聯(lián)產(chǎn)工程中變頻器引起信號回路干擾的原因，給出了具體的處理方法。現(xiàn)以‘江蘇省某一新建2×400MW級燃機熱電聯(lián)產(chǎn)工程為例。工程中采用變頻技術(shù)運行的設(shè)備有很多，比如凝結(jié)水泵電機、高壓給水泵電機、燃機變頻啟動裝置和燃機罩殼冷卻風(fēng)機電機等。主電源電壓等級分別為6kV和380V。在機組整套啟動調(diào)試過程中就發(fā)生過變頻器引起信號回路干擾的問題。

關(guān)鍵詞：變頻器;信號干擾;處理方法

前言

變頻器調(diào)速技術(shù)是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。它以很好的調(diào)速、節(jié)能性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。由于其采用軟啟動，可以減少設(shè)備和電機的機械沖擊，延長設(shè)備和電機的使用壽命。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，變頻器以其具有節(jié)電、節(jié)能、可靠、高效的特性應(yīng)用到了工業(yè)控制的各個領(lǐng)域中，但隨之也帶來了一些干擾問題。

1、干擾的基本類型

現(xiàn)場的供電和用電設(shè)備會對變頻器產(chǎn)生影響，變頻器運行時產(chǎn)生的高次諧波也會干擾周圍設(shè)備的運行。變頻器產(chǎn)生的干擾主要有三種：對電子設(shè)備的干擾、對通信設(shè)備的干擾及對無線電等產(chǎn)生的干擾。對計算機和自動控制裝置等電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾主要是感應(yīng)干擾;對通信設(shè)備和無線電等產(chǎn)生的干擾為放射干擾。

2、變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要電磁干擾源及途徑

2.1主要電磁干擾源

電磁干擾也稱電磁騷擾（EMI），是以外部噪聲和無用信號在接收中所造成的電磁干擾，通常是通過電路傳導(dǎo)和以場的形式傳播的。變頻器的整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)來說是非線性負(fù)載，它所產(chǎn)生的諧波會對同一電網(wǎng)的其他電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。

2.2電磁干擾的途徑

變頻器能產(chǎn)生功率較大的諧波，對系統(tǒng)其他設(shè)備干擾性較強。其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分電磁輻射、傳導(dǎo)、感應(yīng)耦合。具體為：①對周圍的電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射;②對直接驅(qū)動的電動機產(chǎn)生電磁噪聲，使得電動機鐵耗和銅耗增加，并傳導(dǎo)干擾到電源，通過配電網(wǎng)絡(luò)傳導(dǎo)給系統(tǒng)其他設(shè)備;③變頻器對相鄰的其他線路產(chǎn)生感應(yīng)耦合，感應(yīng)出干擾電壓或電流。同樣，電網(wǎng)內(nèi)的干擾信號通過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。

2.2.1電磁輻射

變頻器如果不是處在一個全封閉的金屬外殼內(nèi)，它就可以通過空間向外輻射電磁波。其輻射場強取決于干擾源的電流強度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發(fā)射頻率。變頻器的整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)來說是非線性負(fù)載，它所產(chǎn)生的諧波對接入同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。變頻器的逆變橋大多采用PWM技術(shù)，當(dāng)根據(jù)給定頻率和幅值指令產(chǎn)生預(yù)期的和重復(fù)的開關(guān)模式時，其輸出的電壓和電流的功率譜是離散的，并且?guī)в信c開關(guān)頻率相應(yīng)的高次諧波群。高載波頻率和場控開關(guān)器件的高速切換（dv/dt可達1kV/μs以上）所引起的輻射干擾問題相當(dāng)突出。

2.2.2傳導(dǎo)

上述的電磁干擾除了通過與其相連的導(dǎo)線向外部發(fā)射，也可以通過阻抗耦合或接地回路耦合將干擾帶入其它電路。與輻射干擾相比，其傳播的路程可以很遠。比較典型的傳播途徑是：接自工業(yè)低壓網(wǎng)絡(luò)的變頻器所產(chǎn)生的干擾信號將沿著配電變壓器進入中壓網(wǎng)絡(luò)，并沿著其它的配電變壓器最終又進入民用低壓配電網(wǎng)絡(luò)，使接自民用配電母線的電氣設(shè)備成為遠程的受害者。

2.2.3感應(yīng)耦合

感應(yīng)耦合是介于輻射與傳導(dǎo)之間的第三條傳播途徑。當(dāng)干擾源的頻率較低時，干擾的電磁波輻射能力相當(dāng)有限，而該干擾源又不直接與其它導(dǎo)體連接，但此時的電磁干擾能量可以通過變頻器的輸入、輸出導(dǎo)線與其相鄰的其他導(dǎo)線或?qū)w產(chǎn)生感應(yīng)耦合，在鄰近導(dǎo)線或?qū)w內(nèi)感應(yīng)出干擾電流或電壓。感應(yīng)耦合可以由導(dǎo)體間的電容耦合的形式出現(xiàn)，也可以由電感耦合的形式或電容、電感混合的形式出現(xiàn)，這與干擾源的頻率以及與相鄰導(dǎo)體的距離等因素有關(guān)。

3、抗電磁干擾的措施

根據(jù)電磁性的基本原理，形成電磁干擾（EMI）須具備電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的系統(tǒng)等三個要素。為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾，其總原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道、降低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性。具體措施在工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。

3.1隔離

所謂干擾的隔離是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使它們不發(fā)生電的聯(lián)系。在變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)中，通常是在電源和放大器電路之間的電源線上采用隔離變壓器以免傳導(dǎo)干擾，電源隔離變壓器可應(yīng)用噪聲隔離變壓器。

3.2濾波

設(shè)置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過電源線傳導(dǎo)干擾到電源及電動機。為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側(cè)可設(shè)置輸出濾波器。為減少對電源的干擾，可在變頻器輸入側(cè)設(shè)置輸入濾波器。若線路中有敏感電子設(shè)備，可在電源線上設(shè)置電源噪聲濾波器，以免傳導(dǎo)干擾。

3.3屏蔽

屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏。輸出線最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短（一般為20m以內(nèi)），且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電路及控制回路完全分離，不能放于同一配管或線槽內(nèi)，周圍電子敏感設(shè)備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。

3.4接地

實踐證明，接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。變頻器的接地方式有多點接地、一點接地及經(jīng)母線接地等幾種形式，要根據(jù)具體情況采用，要注意不要因為接地不良而對設(shè)備產(chǎn)生干擾。

單點接地指在一個電路或裝置中，只有一個物理點定義為接地點。在低頻下的性能好;多點接地是指裝置中的各個接地點都直接接到距它最近的接地點。

4、抗干擾措施在施工現(xiàn)場的實際應(yīng)用

江蘇省某一新建2×400MW級燃機熱電聯(lián)產(chǎn)工程1號機組在進行整套啟動調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)啟動燃機罩殼冷卻風(fēng)機電機后，燃機伺服閥的反饋信號波動比較大，多次由于指令與反饋的偏差大而引起燃機跳機。

經(jīng)燃機控制系統(tǒng)廠家、調(diào)試單位、施工單位及業(yè)主單位多方開會分析，初步認(rèn)為是熱控的信號電纜屏蔽層未可靠接地導(dǎo)致了信號受到干擾，從而造成了跳機。施工單位立即安排人員對電纜的屏蔽層進行了仔細的檢查，發(fā)現(xiàn)屏蔽層均可靠接地，排除了由于電纜屏蔽層未可靠接地導(dǎo)致跳機的可能。

此后各方繼續(xù)開會討論，同時經(jīng)查閱電纜清冊及電纜敷設(shè)圖，發(fā)現(xiàn)燃機罩殼冷卻風(fēng)機電機采用型號為NH-YJV-0.6/1kV-3*35的動力電纜，并且該動力電纜與伺服閥的反饋信號電纜在一段約6米高的電纜豎井內(nèi)路徑相同，決定將原信號電纜兩端拆除不用，重新敷設(shè)一根不與任何電纜交叉的電纜，兩端端接并可靠屏蔽接地。啟機試驗，信號干擾不再發(fā)生。

原因查找出來了，經(jīng)各方討論，決定將燃機罩殼冷卻風(fēng)機電機的動力電纜的電纜路徑修改，與伺服閥的反饋信號電纜分開，不再經(jīng)過電纜豎井，因此增加一路專用的電纜槽盒作為燃機罩殼冷卻風(fēng)機電機的動力電纜的通道。修改完畢后，經(jīng)啟機試驗，信號干擾問題得以解決。

5、經(jīng)驗總結(jié)

5.1在設(shè)計階段，對于變頻電纜，應(yīng)采用帶屏蔽層的電纜。

5.2敷設(shè)電纜時，嚴(yán)禁和動力電纜混放，信號電纜與動力電纜要分層敷設(shè)，進變頻器柜時，應(yīng)采用金屬軟管或保護管對信號電纜進行保護。

6、結(jié)束語

變頻器在電廠的應(yīng)用越來越廣泛，而且變頻器本身也是信號干擾源之一，更何況電廠的干擾源范圍廣且成因復(fù)雜。因此，在抗干擾時應(yīng)當(dāng)考慮效果和成本等因素并根據(jù)現(xiàn)場情況確定適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

參考文獻

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