引言

        變頻器以其具有節電、節能、可靠、高效的特性，應用到了各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)和生活中，但隨之也帶來(lái)了一些干擾問(wèn)題�，F場(chǎng)的供電和用電設備會(huì )對變頻器產(chǎn)生影響，變頻器運行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波也會(huì )干擾周?chē)鷥x表設備的運行。主要的電磁干擾，通常是通過(guò)電路傳導和以輻射的形式進(jìn)行傳播。變頻器的整流橋對電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非線(xiàn)性負載，它所產(chǎn)生的諧波會(huì )對同一電氣連接上的其他電子、設備產(chǎn)生諧波干擾。另外，變頻器的逆變器大多采用PWM技術(shù)，當其處于變頻工作時(shí)，產(chǎn)生大量耦合性噪聲和電磁干擾。因此，變頻器對同一電氣連接和附近其他的電子、設備來(lái)說(shuō)是一個(gè)電磁干擾源。尤其是對弱電儀表以及變送器的干擾，嚴重時(shí)能夠造成變送器無(wú)法工作。

 

1 變頻器主要應用

        在油氣管道行業(yè)中變頻器主要應用在輸油泵機組上，它利用電機的轉速和輸入電源的頻率是線(xiàn)性關(guān)系這一原理，將50Hz的市電通過(guò)整流和逆變轉換為頻率可調的電源，供給異步電動(dòng)機，實(shí)現調速的目的，從實(shí)現的功能來(lái)看，相對于工頻電機、變頻電機能夠通過(guò)調整電動(dòng)機轉速，實(shí)現輸油管道的流量及壓力的平滑調節。在滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝需求的前提下，與工頻電機相比，變頻電機既能提高設備運行的效率，提高功率因數，又能獲得顯著(zhù)的節能降耗效果，并實(shí)現平穩啟動(dòng)，不會(huì )對電網(wǎng)造成較大沖擊。從長(cháng)遠角度考慮，對比直接啟動(dòng)，變頻啟動(dòng)可以消除對電機的沖擊，延長(cháng)電機的使用壽命。正是因為變頻電機的可調速性和節能等特點(diǎn)，它在油氣管道行業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應用，但變頻器在使用過(guò)程中存在電磁干擾，變頻電機在運轉的情況下會(huì )對附近的變送器儀表等信號產(chǎn)生干擾，電機上的溫度變送器和振動(dòng)變送器尤為明顯。下面以日照-東明原油管道（以下簡(jiǎn)稱(chēng)日東線(xiàn)）為例進(jìn)行說(shuō)明。

 

        日東線(xiàn)是一條長(cháng)距離輸送中東中質(zhì)原油及重質(zhì)原油的輸油管道，起于日照shou站，經(jīng)平邑清管站、兗州分輸泵站，終止于東明末站，全長(cháng)445.9km，全線(xiàn)的設計壓力均為8.0MPa，設計年輸量8×10 6 t。管線(xiàn)途經(jīng)日照、臨沂、濟寧、菏澤四市。兗州輸油站作為日東線(xiàn)中間站，有4臺輸油泵機組，其中1、2和3號泵為定速泵，4號泵為變頻泵，變頻器是西門(mén)子公司生產(chǎn)制造，魯爾泵和西門(mén)子電機附帶二線(xiàn)制，溫度變送器為德國WIKA生產(chǎn)。溫度變送器裝在電機側面的變送器箱內，直接將熱電阻的電阻信號轉換為4-20mA標準電流信號傳導到PLC，距離大約150m。振動(dòng)變送器為德國公司生產(chǎn)，一套泵機組共有4只，分別裝在電機和泵的軸承兩端，振動(dòng)變送器將測量的振動(dòng)速度信號轉換為4-20mA標準電流信號傳導到PLC。儀表傳輸線(xiàn)纜均在PLC機柜做單端屏蔽，在實(shí)際運行中發(fā)現以下現象：

 

1）現象1

        當4#變頻電機在2300r/min～2500r/min之間運轉時(shí)，電機的U/V/W三相繞組溫度變送器均不同程度在PLC端出現報負值和溫度數值大幅度波動(dòng)現象，經(jīng)現場(chǎng)確認電機運轉正常，電機一次儀表溫度值正常，泵殼溫度軸承溫度等參數顯示均正常，當電機在其余轉速區間運行時(shí)三相繞組溫度變送器正常工作。

 

2）現象2

        當4#變頻電機運轉時(shí)，驅動(dòng)端一側振動(dòng)變送器向PLC輸出振動(dòng)值無(wú)規則跳變，幅度時(shí)大時(shí)小，當振動(dòng)值超過(guò)PLC設定停機值時(shí)造成變頻泵事故停機甩泵，嚴重影響日東線(xiàn)正常生產(chǎn)運行。

 

        經(jīng)查閱資料及調研，目前在用變頻器存在3種干擾，下面做簡(jiǎn)要介紹。

 

        諧波干擾：整流電路會(huì )產(chǎn)生諧波電流，這種諧波電流在供電系統的阻抗上產(chǎn)生電壓降，導致電壓波形發(fā)生畸變，這種畸變的電壓對于許多電子設備形成干擾，這種干擾尤其會(huì )對同一電網(wǎng)的其他弱電系統造成更嚴重的干擾，而且不受距離限制。

 

        射頻輻射干擾：用通俗的話(huà)來(lái)講，變頻器在運行中，的輸入輸出電纜就相當于一根天線(xiàn)，電纜上傳輸的PWM電壓會(huì )產(chǎn)生電磁波輻射，對靠近電纜和變頻器的區域發(fā)出干擾輻射，其他電子設備離得越近，干擾現象越嚴重。

 

        射頻傳導發(fā)射干擾：由于負載電壓為脈沖狀。因此，變頻器從電網(wǎng)吸取電流也是脈沖狀，這種脈沖電流中包含了大量的高頻成分，形成射頻干擾。

 

        由于電磁干擾的形成必然需要3個(gè)要素：電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的系統，本著(zhù)對目前生產(chǎn)運行模式影響較小且考慮到經(jīng)濟效益等因素，在問(wèn)題發(fā)生時(shí)，shou先從第三個(gè)要素也就是對電磁干擾敏感的系統下手，維護人員從干擾產(chǎn)生到PLC上位機整條信號線(xiàn)路進(jìn)行了分析并逐一排查，從測溫電阻到變送器、設備內部線(xiàn)路、端子排、場(chǎng)區內儀表信號電纜和浪涌保護器，#后連PLC模塊也不放過(guò)。并#終得出以下結論：

 

        ① 發(fā)生問(wèn)題的溫度變送器屬于不帶隔離的變送器，抗電磁干擾性能較差，當電機在變頻運轉情況下，對距離較近的電子設備產(chǎn)生較大電磁干擾，導致變送器輸出電流波動(dòng)較大，干擾嚴重時(shí)變送器停止工作并固定輸出2mA故障電流，在站控機上顯示為負值。

 

        ② 同樣對振動(dòng)變送器做了分析測試，將出現問(wèn)題的振動(dòng)變送器安裝在工頻運轉的電機上時(shí)，測出的振動(dòng)數值與手持測振儀相差無(wú)幾，當安裝在變頻電機上時(shí)測出的振動(dòng)數值波動(dòng)異常敏感，與手持測振儀相差較大。由于此變送器殼體為全金屬外殼，且內部經(jīng)過(guò)注塑處理，無(wú)法打開(kāi)。因此，判斷為此變送器抗干擾元件或結構受損導致輸出電流異常。

 

        為徹底解決該問(wèn)題，在調研的基礎上，采購了羅斯蒙特生產(chǎn)的644R一體化溫度變送器，此型號溫度變送器為三線(xiàn)制且輸入輸出信號之間有隔離，抗干擾性能較強，將此變送器安裝在變頻電機后經(jīng)過(guò)測試，電機三相繞組溫度均顯示正常。同時(shí)還調研選購了一臺抗干擾性能較強、型號為VIB-C的國產(chǎn)振動(dòng)變送器，替代變頻電機上的振動(dòng)變送器，不僅測試中振動(dòng)數值顯示正常，后期生產(chǎn)運行中都未出現異常。

2 結束語(yǔ)

        在管道建設相關(guān)規范標準中，尤其在設計期間，通常采用屏蔽接地等方法來(lái)提高系統和設備的抗干擾性能，但是實(shí)際運行中往往存在各種缺陷造成干擾現象的發(fā)生，日東管道問(wèn)題事例也說(shuō)明了變頻對溫度變送器和振動(dòng)變送器的干擾帶來(lái)的不良影響。因此，在管道建設或更新改造中，設計部門(mén)和#終用戶(hù)都需要充分考慮設備之間的干擾，即在干擾嚴重的區域選用可靠性較高、抗干擾性能較強的儀表設備，確保其成為保護管道平穩運行的重要手段，而不是成為干擾的一個(gè)源點(diǎn)。

 

與本文相關(guān)的產(chǎn)品有：一體化溫度變送器、智能壓力變送器