变频器电磁干扰问题的分析与处理 - 何顺生

1、108变频器电磁干扰问题的分析与处理何顺生广州发电厂有限公司,广东广州510160摘要针对广州发电厂有限公司1号机组锅炉给粉机变频器的电磁干扰及其造成与其相邻的敏感设备输出电流和电压信号大幅度波动的异常现象进行了分析,认为因安装工艺不合理造成变频器抗干扰能力差,对此提出了加强隔离、屏蔽、接地等改进措施。实施改造后,变频器运行稳定,抗电磁干扰效果显著。关键词60M W 机组;锅炉;给粉机;变频器;电磁干扰中图分类号TM 645文献标识码B文章编号1002-3364(200905-0108-03ANALYSIS OF ELEC TROMAGNETIC INTERFERENCE CAUSEDBY F

2、REQUENCY C ONVERTER AND DISPOSAL THEREOFHE Shun -shengGu angz hou Pow er Plant Co Ltd ,Gu angz hou 510160,Guangdong Provin ce ,PRCAbstract :Directing against the pro blem of electromag netic interference caused by the frequency con -verte r of pulverized co al feeder to boilers of unit no .1in Guang

3、zhou Powe r Plant Co Ltd ,the abno rm al phenomeno n of large fluctuatio n in analog output cur rent and voltage signals co ming fro m neighbour -ing sensitive equipments has been analysed .It is believed that the poor anti -interference capability of said frequency converter w as caused by improper

4、 installation technolog y in the field ,and retrofit meas -ures ,such as streng thening iso latio n ,shielding ,and g rounding ,etc .,have been put forw ard .Afte r im -plementation ,the operation of said frequency converter is stable ,having remarkable electrom ag netic in -te rference resistant ef

5、fectiveness .Key words :po wer plant ;60M W unit ;boiler ;pulverized coal feeder ;frequency converte r ;electromagnetic interference广州发电厂有限公司1号60MW 汽轮发电机组的锅炉给粉机采用变频调速DCS 控制方式,其变频器为美国ABB 公司制造的ACS140变频器。该变频器自投产以来,多次出现无规律的电磁干扰,造成与其相邻的敏感设备(如测速元件、温控元件等输出电流和电压信号大幅波动,测量参数值变化异常。对此,本文提出了解决措施。1变频器电磁干扰原因分析1.1主

6、要电磁干扰源电磁干扰通常以路的传导和场的形式传播。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载,它所产生的谐波对同一电网的其它电子电气设备产生谐波干扰。另外,变频器的逆变器大多采用正弦脉宽调制(SPWM技术,当功率器件工作在开关模式且高速切换时,会产生大量耦合性噪声。因此,变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。另一方面,电网中的谐波干扰通过变频器的供电电源影响变频器的正常工作。电网中存在大量谐波源,如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等,这些都使电网中的电压、电流产生波形畸变,从而对电网中其它设备产生干扰。变频器的供电电源受到来自电网干扰源的干扰后,

7、若不加处理,电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源的干扰主要有:(1过压、欠压、瞬时掉电;(2浪涌、跌落;(3尖峰电压脉冲;(4射频干扰。另外,共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。1.2电磁干扰的途径变频器能产生功率较大的谐波,由于其功率较大,对系统其它设备干扰性较强。变频器干扰途径与一般电磁干扰途径一致,其主要有传导、电磁辐射、感应耦合等干扰。具体为:对周围的电子、电气设备产生电磁辐射;使直接驱动的电动机产生电磁噪声,造成电动机铁耗和铜耗增加,并传导干扰至电源,通过配电网络传导至系统其它设备;对相邻的其它线路产生感应耦合,感应出干扰电压或电流。同样,系统内的干扰

8、信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。1.3问题分析根据通用变频器的工作原理可知,变频器内逆变器输出的是SPWM波形,这些波形与正弦波等效(图1。为了得到SPWM波形,需要通过高速半导体开关器件产生一定宽度和极性的SPWM控制信号去触发功率开关器件的导通和关断,而这种具有一定陡度跳变沿的脉冲信号(频率为10kH z会产生很强的电磁干扰(尤其是对输出电流,并以各种方式传播其能量,形成对其它设备的干扰信号,这即变频器的电磁干扰 。i,i-第i个矩形脉冲宽度和中心点相位角n-正弦波半个周期内的脉冲个数图1单极式SPWM电压波形经过对变频器现场安装情况的检查,发现产生变频器电磁干扰的因素如下:(1外

9、接线路无隔离变频器外接线路中,动力电缆和信号电缆敷设在同一电缆槽中,无隔离措施,导致共模干扰;对于接入DCS I/O模板的模拟量(输入、输出信号电缆,去除其屏蔽层约1.9m的电缆芯起到了电磁辐射天线的作用,与I/O模板连接的相邻敏感设备信号耦合,进而对电流和转速信号产生强干扰。(2无屏蔽模拟量(输入、输出信号电缆采用了屏蔽单绞线(型号为KVV P的铜芯聚氯乙烯绝缘和护套编织屏蔽控制电缆连接,并布置在同一电缆槽上;周围电子敏感设备无屏蔽罩,其线路电缆采用了一般的控制电缆(型号为KVV的铜芯聚氯乙烯绝缘控制电缆。这样,会引起电容性耦合噪声干扰,受到强交变磁场的影响。(3接地不足变频器控制柜内未安装

10、模拟地(AG汇流排,接线时只是将屏蔽线分散接至控制柜内的接地螺丝上,使用500V摇表测量各接地点对地电阻,结果发现有两处电阻值超过标准值1。2改进措施对于变频器,要想获得尽可能接近正弦波的输出电压波形,则存在高频开关器件干扰源,对此可通过加强隔离、屏蔽和接地等措施加以抑制。2.1隔离(1将不同种类的信号电缆隔离敷设。模拟量信号(输入、输出对高频脉冲信号的抗干扰能力较弱,采用屏蔽双绞线连接,且不同信号线在同一电缆槽中使用隔板隔开;低电平的开关量信号对低频脉冲信号的抗干扰能力较模拟量信号强,采用屏蔽双绞线连接,且109110单独布线,与动力线和大负载信号线平行;高电平(或大电流的开关量输入、输出和

11、继电器输入、输出信号的抗干扰能力强于以上两种信号,但其同时也会干扰其它信号,因此采用屏蔽双绞线连接,且以单独电缆槽布置。(2将信号源与变频器在电气上进行隔离,这样可大大地减小共模干扰对变频控制系统造成的危害。广州发电厂有限公司DCS控制柜内的电缆头(包括屏蔽接头并列布置在机柜底板附近,其电缆芯集束布置在机柜的塑料槽盒内并与卡件端子连接(图2,这种布线工艺对于干扰信号不敏感的开关量输入(DI和开关量输出(DO信号不会产生干扰问题,但对于模拟量信号则易出现互相干扰的问题。对此,将与变频器连接的2条模拟量两芯屏蔽电缆两端的屏蔽层尽可能保留长一些,即裸露在屏蔽层外的电缆芯长度不超过30mm,尽量避免变

12、频器的电磁干扰耦合到相邻敏感设备的信号电缆,以致影响DCS正常运行 。图2DCS系统机柜内部接线示意2.2屏蔽屏蔽就是使用金属导体将元件、组合件、电话线、信号线进行封闭,这种方法对电容性耦合噪声抑制效果很好。最常用的屏蔽方法是采用屏蔽双绞线连接模拟量信号。采用屏蔽双绞线是抑制电磁干扰的有效办法,其原理是双绞线的每个小绞纽环中会通过交变的磁通,而这些变化磁通会在周围的导体中产生电动势,且由电磁感应定律决定。相邻绞纽环中在同一导体上产生的电动势方向相反,相互抵消,对电磁干扰起到了较好的抑制作用。在变频器的输出线位置改用钢管屏蔽,将外部信号线长度控制在20mm以内,且信号线采用双芯屏蔽电缆,并与主电

13、路的输入和输出线及控制线(220VAC完全分离,放于不同的线槽内。相邻敏感电子设备线路也改用屏蔽电缆。为了使屏蔽更加有效,用热镀锌铁板制做一只6面均有良好接地的屏蔽盒子,罩在变频器接线端子外面,将DCS的屏蔽电缆穿入屏蔽盒内并去除屏蔽层后接入变频器接线端子,这样可大幅减少变频器输出连接电缆对DCS连接电缆产生耦合电磁辐射。2.3接地在变频控制系统中,接地是为了使其以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而采取的措施。(1系统地的处理广州发电厂有限公司供电系统地与地线网连接,因而变频控制系统的所有接地必须和供电系统地以及其它(如避雷地严格分开,而且它们之间至少应保持15m以上的距离。为了彻底防止供电系统地的影响,建议采用隔离变压器,将电力系统地和变频器系统的所有地分开。(2AG的处理AG(又称屏蔽地是所有接地中要求最高的一种接地,并且要求其一点接地,接地电阻小于1。对此,在变频器柜内,加装了一块AG汇流铜排,将屏蔽线分别接到该铜排上,在机柜底部使用绝缘铜辫连接到一点,然后将各机柜的汇流点再用绝缘铜辫或铜条以辐射状连接到可靠的接地点