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热力站电磁干扰的主要原因及治理方法(上)
2022-01-17

在热力站仪表系统的调试和使用过程中,很多工程人员会被数据波动、数值失真、通信质量差等问题所困扰。这些问题表现出的程度可能不同,但只要发生,就绝对不能置之不理,否则,势必影响仪表系统的功能实现,更有甚者,严重危害供热系统的安全运行。而造成这类现象的元凶就是我们今天要说的——电磁干扰。

一、电磁干扰及其三要素

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电磁干扰是指由电磁噪声所引起的设备、传输通道和系统性能下降的电磁现象。任何一个电磁干扰的发生都离不开三个基本条件,即干扰源、传播途径和敏感设备(被干扰对象)。

1.干扰源

电磁干扰源分为自然干扰源和人为干扰源两大类。自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。人为干扰源则是指机电或其它人工装置产生电磁能量干扰。

从干扰属性来划分,电磁干扰可以分为功能性干扰源和非功能性干扰源。功能性干扰源系指设备实现功能过程中造成对其它设备的直接干扰,如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备;非功能性干扰源是指用电装置在实现自身功能的同时伴随产生或附加产生的副作用,如架空输电线、照明器具、电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等。

2.传播途径

电磁干扰的传播途径也分为两类:传导干扰和辐射干扰。

传导干扰是指在干扰源和敏感设备之间有完整的电路连接,干扰信号沿着这个连接电路(导线、设备导电构件、供电电源、公共阻抗等)传递到敏感设备,发生的干扰现象。

辐射干扰则是指干扰源通过空间以电磁波的形式把其信号耦合到另一个电网络的现象。常见的辐射干扰有三种:

①天线甲发射的电磁波被天线乙意外接收,称为天线对天线耦合;

②空间电磁场经导线感应而耦合,称为场对线耦合;

③两根平行导线之间的高频信号感应,称为线对线感应耦合。

在很多工业场合中,往往是多种途径的干扰并存,共同形成的交叉耦合。

3.敏感设备

敏感设备是对干扰对象的总称,它可以是一个很小的组件或一个电路板组件,也可以是一个单独的用电设备甚至可以是一个大型系统。

二、热力站电磁干扰的主要原因

了解了电磁干扰的基本知识,接下来我们就说一说热力站的电磁干扰问题。我们依旧从三要素着手。

1.干扰源

热力站中最主要的干扰源是变频器,变频器的主要工作过程是整流+逆变,这个过程会产生大量的高次谐波和耦合噪声,对系统内的其它电子、电气设备造成干扰。

2.传播途径

①变频器内部整流电路和逆变电路在工作过程中产生的耦合噪声,会通过辐射形式干扰附近的电子设备;

②变频器的输入和输出电流中,会含有很多高次谐波,这些高次谐波会通过电缆、开关等导体以传导干扰的方式反馈到电网或传播到系统中;

③除了传导干扰外,由于变频器工作时输入输出侧的动力电缆中含有大量高次谐波,导致动力电缆变身成一个“天线”,向外辐射高频电磁噪声,这些电磁噪声会通过空间传导耦合到临近的设备和线缆中;

④不考虑高次谐波的因素,相对信号线缆,动力电缆作为高压线缆,其流经电流时产生的电磁感应会致使邻近的信号线缆中产生反向感应电流,从而影响测量信号的准确性。

3.敏感设备

热力站首当其冲的敏感设备便是仪表系统。仪表系统的工作电源与变频器来自同一电网,不可分割,本身又与变频器和大量动力电缆处在同一空间环境中,这就导致其同时受到传导和辐射两条途径的干扰,成为热力站内电磁干扰最严重的受害者。