電驅(qū)機(jī)組遠(yuǎn)傳變送器抗干擾優(yōu)化

趙曉旭，南 鵬

（國家管網(wǎng)西部管道酒泉輸油氣分公司，甘肅 酒泉 735100）

0 引言

天然氣的運(yùn)輸主要依靠長輸管道來進(jìn)行，而天然氣長輸管道在建設(shè)時(shí)，壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式至關(guān)重要。變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)是長輸天然氣管道常用的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方式之一，尤其是近年來隨著國內(nèi)天然氣管網(wǎng)以及進(jìn)口天然氣管道的陸續(xù)建成投產(chǎn)，變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組因其具有結(jié)構(gòu)緊湊，易損件少，可靠性高，維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，得到了越來越多的應(yīng)用。

隨著變頻電機(jī)的廣泛應(yīng)用，不可避免地引入了電磁干擾因素，這對壓縮機(jī)的儀表控制信號也帶來了一定的干擾，影響著壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文就西氣東輸二線某站電驅(qū)機(jī)組遠(yuǎn)傳變送器信號回路的電磁干擾進(jìn)行測量分析，并針對存在的電磁干擾進(jìn)行了抑制和隔離，有效消除了干擾因素，提升了遠(yuǎn)傳信號的穩(wěn)定性。

1 電磁干擾分析

圖1 PT782A、PT782B接線圖Fig.1 PT782A、PT782B wiring diagram

圖2 壓力變送器工作原理圖Fig.2 Working principle of pressure transmitter

西氣東輸二線某站設(shè)置了4 臺電驅(qū)壓縮機(jī)組，變頻器型號為TM drive-XL75，壓縮機(jī)型號為PCL803/N。機(jī)組出口壓力PT782A、PT782B 接入機(jī)組HIMA 系統(tǒng)，通過2oo2 的保護(hù)邏輯防止壓縮機(jī)出口超壓，設(shè)定壓力值為11.95MPa。自投產(chǎn)運(yùn)行以來，機(jī)組出口壓力PT782A、PT782B 數(shù)據(jù)不穩(wěn)定且波動(dòng)范圍較大，最大波動(dòng)范圍可達(dá)0.6MPa，為機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行帶來一定的隱患。

為了檢測分析電磁干擾對儀表控制回路的影響，開展了電磁干擾檢測分析，對壓縮機(jī)廠房及機(jī)柜間電磁干擾信號進(jìn)行了試驗(yàn)。測試結(jié)果表明，本EUT 被測設(shè)備在0.15MHz ～80MHz 測試頻點(diǎn)因施加的電磁干擾的影響而導(dǎo)致工作不穩(wěn)定，顯示的度數(shù)偏離了正常區(qū)間，易造成誤判和誤動(dòng)作。但是，在干擾停止或者頻率轉(zhuǎn)移后，能夠自行恢復(fù)，讀數(shù)穩(wěn)定。

本項(xiàng)試驗(yàn)是共模試驗(yàn)，敏感點(diǎn)的頻率一般情況下是EUT 的內(nèi)部CPU 控制單元的本振頻率或者倍頻，或者是EUT 內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸通道的載頻，這表明EUT 對這些工作頻點(diǎn)保護(hù)不足，導(dǎo)致干擾從信號電纜上感應(yīng)耦合導(dǎo)入到內(nèi)部電路中，影響自身工作頻點(diǎn)的頻率穩(wěn)定性并對數(shù)據(jù)傳輸載波產(chǎn)生了不良影響。

2 改進(jìn)措施

2.1 增大遠(yuǎn)傳變送器阻尼系數(shù)

測量儀器中從激勵(lì)（輸入）發(fā)生到響應(yīng)（輸出）達(dá)到預(yù)定值的時(shí)間，稱為響應(yīng)時(shí)間?？梢杂绊戫憫?yīng)時(shí)間的因素，就是阻尼。

儀表阻尼通常的調(diào)整方式有濾波、改變放大器放大倍數(shù)、用積分環(huán)節(jié)替代比例放大等。

現(xiàn)場安裝的壓力變送器為ROSEMENT 3051 系列，阻尼時(shí)間設(shè)定范圍為0s ～3s，默認(rèn)值為0.4s?，F(xiàn)場采用FLUKE 754 可對ROSEMENT 3051 系列變送器進(jìn)行阻尼設(shè)定[2]。

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際測試，當(dāng)阻尼時(shí)間設(shè)定為1.0s 時(shí)，變送器輸出值的波動(dòng)范圍有了明顯地減小，波動(dòng)幅度相較修改前減小了50%，且系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間滿足運(yùn)行要求。

圖3 不同阻尼設(shè)定情況下波動(dòng)范圍趨勢圖Fig.3 Trend chart of fluctuation range under different damping settings

2.2 電磁干擾抑制

電磁干擾是比較常見的干擾，特別是在長距離或者干擾較大的工業(yè)環(huán)境中，很難避免感性和容性干擾在測量回路中相互參雜的情況，解決這些問題的方案主要有3 種：

1）現(xiàn)場儀表不接地

使過程環(huán)路中只有一個(gè)接地點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中，這種方案往往難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟承┰O(shè)備必須接地才能保證測量精度或確保人身安全。某些設(shè)備可能因?yàn)殚L期遭到腐蝕和磨損或氣候影響而形成新的接地點(diǎn)。

2）使兩接地點(diǎn)的電勢相同

由于接地點(diǎn)的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化等眾多因素的影響，這種方案通常是很難實(shí)現(xiàn)的。

3）過程環(huán)路中使用信號隔離器

信號隔離器采用隔離技術(shù)，斷開過程環(huán)路中的直接電路（直流通路）但又不影響過程信號的正常傳輸，從而徹底解決了上述問題[3]。

針對輸氣站場遠(yuǎn)傳變送器所處的0.15MHz ～80MHz 電磁干擾環(huán)境，對國內(nèi)外信號隔離器廠商設(shè)備進(jìn)行性能比選。最終，委托國內(nèi)自動(dòng)化廠商訂制生產(chǎn)MIK-502E 安全隔離柵模擬量分配器，該模塊可以有效過濾0.15MHz ～80MHz電磁干擾信號，起到信號隔離和信號還原的作用。

圖4 信號隔離器工作原理圖Fig.4 Schematic diagram of signal isolator

3 信號隔離器性能測試

3.1 最大輸出誤差測試

（見表1。）

表1 最大輸出誤差測試Table 1 Maximum output error test

3.2 負(fù)載變化影響測試

（見表2。）

表2 負(fù)載變化影響測試Table 2 Load change impact test

3.3 電源變化影響測試

（見表3。）

表3 電源變化影響測試Table 3 Power supply change impact test

3.4 滿載功耗測試

（見表4。）

表4 滿載功耗測試Table 4 Full load power consumption test

3.5 絕緣性能

（見表5。）

表5 絕緣性能Table 5 Insulation performance

4 結(jié)束語

針對電磁干擾信號常用的做法有兩種：一是使用物理硬件進(jìn)行濾波；二是通過軟件編程算法進(jìn)行濾波。硬件濾波主要是通過電容電阻組合起來濾波的，這個(gè)成本低，而且好實(shí)現(xiàn)，技術(shù)成熟的自動(dòng)化廠商均可以根據(jù)客戶需求進(jìn)行訂做。軟件濾波效果更好，但是好的算法比較復(fù)雜，實(shí)施成本高。

本案例使用模擬量信號分配器進(jìn)行硬件濾波，同時(shí)適當(dāng)增大了變送器的阻尼時(shí)間，有效地解決了電磁干擾對遠(yuǎn)傳變送器回路的影響，巧妙地找到了一種成本低、操作簡單的方法，解決了生產(chǎn)中存在的問題。