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發電廠變頻設備電磁干擾探究及應對

發布日期:2021-03-11   來源:《變頻器世界》20-12期   作者:王體雨   瀏覽次數:1234
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【摘   要】:本文通過兩個發生于工作現場的案例,有針對性地分析了影響發電廠正常運行的變頻設備電磁干擾的產生機理及采取的措施,提高了對電磁干擾的認識,了解了電磁干擾的來源及主要應對措施,使我們明白變頻設備不僅影響電網內的其他設備,還會被其他電磁干擾所影響,因此在變頻設備的設計、安裝、使用中采取必要的應對措施,進而提高系統的穩定性。

 

關鍵詞:發電廠;變頻設備;電磁干擾

Abstract: This article analyzes the mechanism of electromagnetic interference of frequency conversion equipment that affects the normal operation of power plants and the measures taken through two cases that occurred at the work site. It improves the understanding of electromagnetic interference, understands the source of electromagnetic interference and main countermeasures, makes us understand that frequency conversion equipment not only affects other equipment in the power grid, but also is affected by other electromagnetic interference. Therefore, necessary countermeasures are taken in the design, installation and use of frequency conversion equipment to improve the stability of the system.

Key words: Power plant; Frequency conversion equipment; Electromagnetic interference

 

1  引言

發電廠是一個高壓電氣設備、低壓電氣設備、強電、弱電集中的場所。特別是近年來隨著變頻設備、高頻設備的陸續應用普及,電磁干擾成為造成保護裝置誤動作、DCS控制裝置誤動作、數據顯示偏差大、不穩定的一大重要因素。這些保護裝置誤動、數據顯示偏差大、不穩定給現場操作人員造成了很大的困擾,不利于設備的長期穩定運行。電磁干擾的隨機性、反復性,又決定處理此類干擾,周期較長,難度較大。本文結合生產現場的兩起典型案例,對電廠內變頻設備的電磁干擾產生機理及相關對策做必要的介紹。

2  電磁干擾的相關概念

國際電工委員會(IEC)對電磁干擾的定義是:設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。電磁干擾按其來源分為自然干擾和人為干擾,自然干擾是由于大自然現象所造成的各種電磁噪聲,如大氣噪聲、太陽噪聲、雷電、靜電等。本文不涉及自然干擾的探討。人為干擾是指由于人工制造的裝置產生的電磁干擾,如無線電發射設備、電力設備、電網設備、工業設備等。人為干擾是兩類電磁干擾中發生的主要因素,因此研究此類設備電磁干擾的產生機理,通過設備設計生產過程、設備安裝過程時采取不同的措施可以很好的減少電磁干擾對其他設備的影響。

3  電磁干擾對發電廠電氣設備的影響

發電廠內電氣設備眾多,既有220kV、110kV、10kV、400V的高壓設備,包括斷路器、發電機、變壓器、電動機、高壓變頻器,也有電壓等級為直流48V、24V、5V等作為工作電源的自動化裝置。這些設備既是受電磁干擾影響的設備,也是產生電磁干擾的設備。特別是低電壓的自動化裝置,受電磁干擾的影響更大,危害也大。發電廠自動化裝置中接收的都是小電流、低電壓的信號,其傳遞途徑上一個很小的電磁信號的干擾都會影響裝置的正常工作。例如發電機的勵磁系統、分散控制系統(DCS)裝置、PLC自動控制裝置等。筆者所在的公司是一個擔負城市供熱的熱電企業,機組規模較小,一期是3×75T循環流化床鍋爐,2×15MW抽凝式機組,在近二十年的運行中因為電磁干擾造成數據顯示異常的故障時有發生,并有因電磁干擾造成機組非正常停運的事故發生。DCS系統的干擾源分為外部干擾和內部干擾,當干擾作用于DCS的輸入通道時,可使模擬信號失真,數字信號出錯,造成數據顯示異;蛘弑Wo裝置誤動或者拒動。當干擾信號作用于其輸出通道時,則使各輸出信號混亂,不能正常的輸出DCS系統的真實輸出量,對于DCS控制單元的干擾,則會導致系統拒動、甚至系統崩潰。外部干擾來至于電源系統波動、突變等傳導性的電磁干擾和其他電力設備的電磁干擾,特別是變頻設備的電磁干擾。

4  具體案例分析

4.1  案例一

新建汽動給水泵在試運調試期間,其轉速頻發無規律調整,造成給水壓力波動較大,無法正常運行。該汽動給水泵,由蒸汽輪機拖動給水泵,保證鍋爐用水。汽輪機組調速,采用DCS輸出4-20mA模擬量信號控制現場控制柜內的三菱PLC,由該PLC控制機組的電動調節門,電動調節門的開度控制汽輪機組的進汽量,從而調整汽輪機的轉速,控制給水泵的上水量。在投運該汽動給水泵時,出現轉速波動大,給水壓力波動大,無法投運的情況。分析檢查機組外圍設備無異常,就地調整正常,但是切至遠方控制時就出現轉速波動的情況,經研判懷疑遠傳信號有問題,后經仔細排查發現DCS遠傳信號線纜有一段電纜和凝結水泵變頻器輸出電纜同一線槽且距離較近,分開布設后干擾解除。此故障說明變頻器的輸出端的諧波分量是影響其他設備不能正常工作的電磁干擾。

4.2  案例二

為節能降耗,經過技術改造,對1#、2#爐的電除塵控制柜進行了改造,將原先的交流工頻靜電除塵設備改為南京國網南自自動化有限公司的高頻電源設備和專用變壓器實現除塵功能。試運期間發現,高頻電源啟動后,用于輸灰控制的倉泵系統全部失靈無法使用。該除灰系統采用AB公司的PLC實現系統的自動化控制,PLC作為控制單元布設在除塵控制室內,信號通過電纜到達倉泵就地控制柜內,該系統采用DC24V直流供電,PLC輸出信號到就地控制柜,控制柜內的電磁閥動作,控制氣路,從而控制倉泵的進出口氣動閥門工作,實現自動控制。就地的料位信號、壓力信號通過電纜傳輸至控制室PLC處,實現信號采集。設備布設情況如附圖(a)所示。

 

設備安裝完畢后在調試過程中發現,高頻設備啟動后,輸灰系統就無法運行。針對此問題,經過分析判斷懷疑是高頻電源電磁干擾所致。首先停止高頻電源試驗,投入輸灰系統正常,投運高頻電源,輸灰系統就故障,如此試驗多次后,證實是高頻電源電磁干擾所致。PLC輸灰系統全部停電后,高頻電源投運時,在PLC輸入通道處、就地控制箱處測量均有直流10-15V的電壓,該電壓足以引起PLC輸入信號混亂,無法工作。后將上圖紅色虛線內的電纜增加電纜橋架,分別布設后設備正常。如附圖(b所示。

5  原因分析

上述兩個案例,一個是變頻器輸出電磁干擾影響DCS輸出信號影響的案例,另一個是高頻設備輸出電磁干擾對PLC系統的影響,而高頻設備可以看成特殊的變頻器,因其工作原理,諧波的產生機理是一樣的,因此可以作為一個課題來分析。變頻器的電磁干擾一個是輸入側對電網的影響,另一個是輸出側對其他同網電氣設備的影響。因為變頻器輸入側的整流橋是非線性負載,在正向導通是有較大的正向電流流過,在其受反偏電壓截止時,由于PN結中有較多的載流子積累,在載流子消失前的一段時間內,電流會反向流動,造成載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發生很大的變化。變頻器輸出側的IGBT元件大多采用PWM技術,當其工作于開關模式,并且高頻切換時,將產生大量耦合性噪聲,他們將以各種途徑傳播出去,形成對其他電氣設備的電磁污染。

6  結論

通過上述案例以及電磁干擾的產生機理,我們就可以有針對性的采取措施,減少變頻設備輸出側的電磁干擾對其他設備的影響,F在應用比較廣泛的措施主要有:隔離、濾波、接地、屏蔽等。上述案例中采用的就是隔離的方式,這種方式也是現場中應用比較廣泛有效的方式,在進出模塊的功率電纜不要和其他設備的控制電纜、信號電纜同橋架同向平行布設,如果不能避免,電纜間的距離要大于300mm。在現場應用中還有在變頻設備的輸入輸出側設計濾波設備的情況,以及將變頻設備線纜屏蔽層接地的方法。

 

參考文獻:

[1]趙軍科,鄔廷軍,曹維福,魯勇勤,羅景華.電廠電磁干擾和防護處理[J]. 東方電氣評論,2017-12-25.

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[3]GB/T 4365-1995.電磁兼容性術語(北京)[S].中國標準出版社,1996.

 
 
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