关键词：发电厂；变频设备；电磁干扰

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

发电厂是一个高压电气设备、低压电气设备、强电、弱电集中的场所。特别是近年来随着变频设备、高频设备的陆续应用普及，电磁干扰成为造成保护装置误动作、DCS控制装置误动作、数据显示偏差大、不稳定的一大重要因素。这些保护装置误动、数据显示偏差大、不稳定给现场操作人员造成了很大的困扰，不利于设备的长期稳定运行。电磁干扰的随机性、反复性，又决定处理此类干扰，周期较长，难度较大。本文结合生产现场的两起典型案例，对电厂内变频设备的电磁干扰产生机理及相关对策做必要的介绍。

2  电磁干扰的相关概念

国际电工委员会（IEC）对电磁干扰的定义是：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”。电磁干扰按其来源分为自然干扰和人为干扰，自然干扰是由于大自然现象所造成的各种电磁噪声，如大气噪声、太阳噪声、雷电、静电等。本文不涉及自然干扰的探讨。人为干扰是指由于人工制造的装置产生的电磁干扰，如无线电发射设备、电力设备、电网设备、工业设备等。人为干扰是两类电磁干扰中发生的主要因素，因此研究此类设备电磁干扰的产生机理，通过设备设计生产过程、设备安装过程时采取不同的措施可以很好的减少电磁干扰对其他设备的影响。

3  电磁干扰对发电厂电气设备的影响

发电厂内电气设备众多，既有220kV、110kV、10kV、400V的高压设备，包括断路器、发电机、变压器、电动机、高压变频器，也有电压等级为直流48V、24V、5V等作为工作电源的自动化装置。这些设备既是受电磁干扰影响的设备，也是产生电磁干扰的设备。特别是低电压的自动化装置,受电磁干扰的影响更大，危害也大。发电厂自动化装置中接收的都是小电流、低电压的信号，其传递途径上一个很小的电磁信号的干扰都会影响装置的正常工作。例如发电机的励磁系统、分散控制系统（DCS）装置、PLC自动控制装置等。笔者所在的公司是一个担负城市供热的热电企业，机组规模较小，一期是3×75T循环流化床锅炉，2×15MW抽凝式机组，在近二十年的运行中因为电磁干扰造成数据显示异常的故障时有发生，并有因电磁干扰造成机组非正常停运的事故发生。DCS系统的干扰源分为外部干扰和内部干扰，当干扰作用于DCS的输入通道时，可使模拟信号失真，数字信号出错，造成数据显示异常或者保护装置误动或者拒动。当干扰信号作用于其输出通道时，则使各输出信号混乱，不能正常的输出DCS系统的真实输出量，对于DCS控制单元的干扰，则会导致系统拒动、甚至系统崩溃。外部干扰来至于电源系统波动、突变等传导性的电磁干扰和其他电力设备的电磁干扰，特别是变频设备的电磁干扰。

4  具体案例分析

4.1  案例一

新建汽动给水泵在试运调试期间，其转速频发无规律调整，造成给水压力波动较大，无法正常运行。该汽动给水泵，由蒸汽轮机拖动给水泵，保证锅炉用水。汽轮机组调速，采用DCS输出4-20mA模拟量信号控制现场控制柜内的三菱PLC，由该PLC控制机组的电动调节门，电动调节门的开度控制汽轮机组的进汽量，从而调整汽轮机的转速，控制给水泵的上水量。在投运该汽动给水泵时，出现转速波动大，给水压力波动大，无法投运的情况。分析检查机组外围设备无异常，就地调整正常，但是切至远方控制时就出现转速波动的情况，经研判怀疑远传信号有问题，后经仔细排查发现DCS远传信号线缆有一段电缆和凝结水泵变频器输出电缆同一线槽且距离较近，分开布设后干扰解除。此故障说明变频器的输出端的谐波分量是影响其他设备不能正常工作的电磁干扰。

4.2  案例二

为节能降耗，经过技术改造，对1#、2#炉的电除尘控制柜进行了改造，将原先的交流工频静电除尘设备改为南京国网南自自动化有限公司的高频电源设备和专用变压器实现除尘功能。试运期间发现，高频电源启动后，用于输灰控制的仓泵系统全部失灵无法使用。该除灰系统采用AB公司的PLC实现系统的自动化控制，PLC作为控制单元布设在除尘控制室内，信号通过电缆到达仓泵就地控制柜内，该系统采用DC24V直流供电，PLC输出信号到就地控制柜，控制柜内的电磁阀动作，控制气路，从而控制仓泵的进出口气动阀门工作，实现自动控制。就地的料位信号、压力信号通过电缆传输至控制室PLC处，实现信号采集。设备布设情况如附图（a）所示。

设备安装完毕后在调试过程中发现，高频设备启动后，输灰系统就无法运行。针对此问题，经过分析判断怀疑是高频电源电磁干扰所致。首先停止高频电源试验，投入输灰系统正常，投运高频电源，输灰系统就故障，如此试验多次后，证实是高频电源电磁干扰所致。PLC输灰系统全部停电后，高频电源投运时，在PLC输入通道处、就地控制箱处测量均有直流10-15V的电压，该电压足以引起PLC输入信号混乱，无法工作。后将上图红色虚线内的电缆增加电缆桥架，分别布设后设备正常。如附图（b）所示。

5  原因分析

上述两个案例，一个是变频器输出电磁干扰影响DCS输出信号影响的案例，另一个是高频设备输出电磁干扰对PLC系统的影响，而高频设备可以看成特殊的变频器，因其工作原理，谐波的产生机理是一样的，因此可以作为一个课题来分析。变频器的电磁干扰一个是输入侧对电网的影响，另一个是输出侧对其他同网电气设备的影响。因为变频器输入侧的整流桥是非线性负载，在正向导通是有较大的正向电流流过，在其受反偏电压截止时，由于PN结中有较多的载流子积累，在载流子消失前的一段时间内，电流会反向流动，造成载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的变化。变频器输出侧的IGBT元件大多采用PWM技术，当其工作于开关模式，并且高频切换时，将产生大量耦合性噪声，他们将以各种途径传播出去，形成对其他电气设备的电磁污染。

6  结论

通过上述案例以及电磁干扰的产生机理，我们就可以有针对性的采取措施，减少变频设备输出侧的电磁干扰对其他设备的影响。现在应用比较广泛的措施主要有：隔离、滤波、接地、屏蔽等。上述案例中采用的就是隔离的方式，这种方式也是现场中应用比较广泛有效的方式，在进出模块的功率电缆不要和其他设备的控制电缆、信号电缆同桥架同向平行布设，如果不能避免，电缆间的距离要大于300mm。在现场应用中还有在变频设备的输入输出侧设计滤波设备的情况，以及将变频设备线缆屏蔽层接地的方法。

参考文献：

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