電驅機組遠傳變送器抗干擾優化

趙曉旭，南 鵬

（國家管網西部管道酒泉輸油氣分公司，甘肅 酒泉 735100）

0 引言

天然氣的運輸主要依靠長輸管道來進行，而天然氣長輸管道在建設時，壓縮機的驅動方式至關重要。變頻電機驅動是長輸天然氣管道常用的壓縮機驅動方式之一，尤其是近年來隨著國內天然氣管網以及進口天然氣管道的陸續建成投產，變頻電機驅動壓縮機組因其具有結構緊湊，易損件少，可靠性高，維護費用低等優點，得到了越來越多的應用。

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

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置了4 臺電驅壓縮機組，變頻器型號為TM drive-XL75，壓縮機型號為PCL803/N。機組出口壓力PT782A、PT782B 接入機組HIMA 系統，通過2oo2 的保護邏輯防止壓縮機出口超壓，設定壓力值為11.95MPa。自投產運行以來，機組出口壓力PT782A、PT782B 數據不穩定且波動范圍較大，最大波動范圍可達0.6MPa，為機組的平穩運行帶來一定的隱患。

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，對壓縮機廠房及機柜間電磁干擾信號進行了試驗。測試結果表明，本EUT 被測設備在0.15MHz ～80MHz 測試頻點因施加的電磁干擾的影響而導致工作不穩定，顯示的度數偏離了正常區間，易造成誤判和誤動作。但是，在干擾停止或者頻率轉移后，能夠自行恢復，讀數穩定。

本項試驗是共模試驗，敏感點的頻率一般情況下是EUT 的內部CPU 控制單元的本振頻率或者倍頻，或者是EUT 內部數據傳輸通道的載頻，這表明EUT 對這些工作頻點保護不足，導致干擾從信號電纜上感應耦合導入到內部電路中，影響自身工作頻點的頻率穩定性并對數據傳輸載波產生了不良影響。

2 改進措施

2.1 增大遠傳變送器阻尼系數

測量儀器中從激勵（輸入）發生到響應（輸出）達到預定值的時間，稱為響應時間。可以影響響應時間的因素，就是阻尼。

儀表阻尼通常的調整方式有濾波、改變放大器放大倍數、用積分環節替代比例放大等。

現場安裝的壓力變送器為ROSEMENT 3051 系列，阻尼時間設定范圍為0s ～3s，默認值為0.4s。現場采用FLUKE 754 可對ROSEMENT 3051 系列變送器進行阻尼設定[2]。

經過現場實際測試，當阻尼時間設定為1.0s 時，變送器輸出值的波動范圍有了明顯地減小，波動幅度相較修改前減小了50%，且系統響應時間滿足運行要求。

圖3 不同阻尼設定情況下波動范圍趨勢圖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環境中，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）現場儀表不接地

使過程環路中只有一個接地點，但在實際應用中，這種方案往往難以實現，因為某些設備必須接地才能保證測量精度或確保人身安全。某些設備可能因為長期遭到腐蝕和磨損或氣候影響而形成新的接地點。

2）使兩接地點的電勢相同

由于接地點的電阻受地質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現的。

3）過程環路中使用信號隔離器

信號隔離器采用隔離技術，斷開過程環路中的直接電路（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]。

針對輸氣站場遠傳變送器所處的0.15MHz ～80MHz 電磁干擾環境，對國內外信號隔離器廠商設備進行性能比選。最終，委托國內自動化廠商訂制生產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 負載變化影響測試

（見表2。）

表2 負載變化影響測試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行濾波；二是通過軟件編程算法進行濾波。硬件濾波主要是通過電容電阻組合起來濾波的，這個成本低，而且好實現，技術成熟的自動化廠商均可以根據客戶需求進行訂做。軟件濾波效果更好，但是好的算法比較復雜，實施成本高。

本案例使用模擬量信號分配器進行硬件濾波，同時適當增大了變送器的阻尼時間，有效地解決了電磁干擾對遠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，解決了生產中存在的問題。