基于信號隔離器的抗干擾瓦斯泄漏在線監控系統研究

陳東峰

摘 要：本文針對瓦斯泄露在線監控系統運行過程中存在電磁干擾問題，進行了分析研究和試探，最終形成了一種基于信號隔離器的抗干擾瓦斯在線監控系統。

關鍵詞：信號隔離器;電磁干擾;瓦斯泄露監控

0 前言

我公司一新建瓦斯發電項目采用井下瓦斯進行發電，瓦斯屬于易燃易爆氣體，燃機廠房處于一個相對密閉的空間，瓦斯泄漏實時檢測裝置就成為人員、設備安全的重要保障，故在項目設計時燃機廠房內布置有瓦斯泄漏在線監測探頭32個，用于實時在線監測燃機間內的瓦斯泄漏情況，異常情況下，由監控主機聯動機組停機，關閉供氣閥門，開啟軸流風機等安全應急措施。該套泄漏監測監控系統投運后，有部分瓦斯探頭出現報警現象，使用便瓦檢儀就地測量，并無瓦斯泄露狀況，監控主機控制器仍偶爾出現告警和誤動，通過檢查線路、機柜接地等狀況均符合相關設計要求。經過反復觀察和試驗，告警主要出現在燃機廠房軸流通風機的啟/停、變頻控制等操作過程中，初步判斷為燃機間軸流通風機變頻控制所發出的強電磁干擾是造成儀表不正常的直接原因。

1 原因分析

影響儀表檢測電路的主要干擾源是現場強電磁場和供電電源的波動，后者對儀表的影響較小且較容易克服，主要是電纜選型與敷設、屏蔽接地等方面按照設計規范進行，即可將電源波動干擾控制在較低的水平，對儀表的測量精度幾乎不造成影響。而前者即強電磁場的干擾則對儀表的干擾較大且不容易克服，這類干擾是因電磁感應而在儀表的回路中產生感應電壓，進而影響儀表電路的正常工作或程序的正常運行。產生電磁干擾必須要滿足三個方面的條件：第一，干擾源，此系統，通風機變頻控制所發出的強電磁信號為干擾源;第二，完整的干擾路徑，軸流風機變頻控制線纜與瓦斯泄漏檢測系統線纜同處于一條電纜溝;第三，對電磁干擾敏感的系統，瓦斯泄漏檢測系統為敏感且被干擾的系統。以上三個條件在瓦斯泄漏檢測系統中完全符合。

2 整改方案的研究與實踐

對于此類的電磁干擾，一般的儀表均采取一定的抗干擾措施，主要是在儀表回路中加入濾波電路，采用帶通濾波器或者是帶阻濾波器，有選擇地將干擾信號阻斷或旁路排除掉。這類電路大多是針對固定的干擾頻率，如工頻干擾起作用，可以阻斷或濾除工頻干擾及其高次諧波。但濾波回路對頻率變化的強電磁干擾效果不明顯。雖然現在部分先進的智能儀表具有數字濾波功能，可以有選擇地濾除一定頻率的干擾信號，但仍是根據設定的時間常數，對固定的干擾頻率起作用，對于變化的干擾頻率還是無能為力。而變頻器運行時所產生的電磁干擾正是超過工頻范圍而且變化的強電磁干擾，針對此類問題則需采取儀表外的現場抗干擾措施，進行如下試驗：①在儀表回路中增加濾波磁環，將干擾信號阻斷或旁路掉，試驗無效果;②信號電纜采用屏蔽電纜，并將屏蔽層單點接地，系統已采用合格屏蔽電纜，并進行單點接地，接地電阻符合要求;③在變送器的輸出信號端子上并聯電容和在輸出信號線對地并接電容，無效果。針對上述試驗的失敗，最后嘗試引入信號隔離器，進行干擾信號的抑制。經安裝、調試，在同等條件下進行試驗8路瓦斯探頭，已加裝隔離器的探頭無異常報警，同時使用3%VOL濃度的標準氣體模擬瓦斯泄漏，通道也正常工作。根據隔離器的原理可知，隔離器實現了輸入對輸出對電源對地的四端三重隔離，使得檢測和控制回路信號的穩定性和抗干擾能力大大增強，從而提高了可靠性。

3 系統完善

供電方面處理：因隔離器對負載可分為供電式和非供電式兩種，供電式隔離器輸入端可為負載提供24V+電源，信號+，共用地，非供電式只提供兩線制信號端口，兩種類型的隔離器輸出都為信號的+、-。因供電式隔離器驅動負載能力有限，達不到驅動探頭的能力，故本次應用采用了非供電式隔離器，探頭的工作電源單獨通過外部電源來進行提供。信號方面處理：瓦斯探頭采用三線制工作方式，即24V+、SIG+、GND，因特有的共用地形式，故在外接電源24V+輸出后直接與現場瓦斯探頭POW+相接;開關電源24-輸出后與隔離器IN-和瓦斯探頭GND并聯相接，一方面為瓦斯探頭提供電源-，一方面為隔離器提供信號-;瓦斯探頭輸出信號+（SIG）直接進入隔離器IN+。探頭正常工作時4～20mA信號進入隔離器進行信號隔離后通過OUT+、OUT-輸出至控制器SIG和GND，完成了整個信號的傳輸。整個系統見下圖1。

4 結語

通過實踐和現場應用，形成了基于信號隔離器的抗干擾瓦斯在線監控系統，不僅有效解決了瓦斯監控系統電磁干擾問題，也為其他控制回路的電磁干擾消除提供了借鑒意義。