化工裝置電氣儀表設(shè)備安裝抗干擾的問題

曹永東(陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500)

0 引言

在我國經(jīng)濟不斷發(fā)展中，化工裝置中電氣儀表設(shè)備的應(yīng)用范圍越來越廣，多應(yīng)用于化工裝置的自動化控制，其中涉及到很多電氣、儀表之間的信號往來和聯(lián)鎖控制。為保證電氣、儀表系統(tǒng)能夠正常、穩(wěn)定的運行，需要按照產(chǎn)品相關(guān)規(guī)定，遵照相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，并采取必要的抗干擾措施，抵御外界各種干擾，提升設(shè)備運行效果，保障化工裝置的可靠運行。

1 化工裝置電氣儀表設(shè)備安裝產(chǎn)生干擾的原因

結(jié)合當(dāng)前實際情況看，化工電氣儀表設(shè)備在實際安裝過程中，發(fā)生電磁干擾的主要原因是受到外部干擾，其中包含了工頻干擾、射頻干擾以及感應(yīng)干擾，不同的干擾原因?qū)?yīng)的干擾輸出方式也不同，具體分析如下：

1.1 外部干擾

在化工裝置電氣儀表設(shè)備安裝過程中導(dǎo)致出現(xiàn)外部干擾的因素非常多，其中最為明顯的就是電氣設(shè)備以及輸電線路問題，由于電氣設(shè)備和輸電線可以在空間中產(chǎn)生一定的水平電磁場，進(jìn)而產(chǎn)生“電氣干擾”[1]。導(dǎo)致出現(xiàn)外部干擾的主要來源還可以劃分為幾個方面：

(1)射頻干擾。出現(xiàn)射頻干擾的情況，與下面幾種情況存在聯(lián)系，其一，當(dāng)電氣裝置接點斷開時產(chǎn)生弧光放電；其二，應(yīng)用高頻發(fā)射器，且功率非常大；其三，在應(yīng)用電焊機時產(chǎn)生弧光。這三種情況都會導(dǎo)致出現(xiàn)頻率較高的電磁波，并且還會造成電磁波向周圍發(fā)射，逐步擴散等情況，進(jìn)而在不同程度上傳輸?shù)饺蹼娋W(wǎng)絡(luò)中，導(dǎo)致發(fā)生射頻干擾的情況。

(2)工頻干擾。電力系統(tǒng)中的工頻輸電線路、變壓器、發(fā)電機等一次電氣設(shè)備在生產(chǎn)或輸送電能的過程中在其周圍都會產(chǎn)生電磁場，從而產(chǎn)生低頻信號，造成非常大的干擾。此類干擾主要表現(xiàn)為信號測量時出現(xiàn)的正弦波或其它信號與正弦波的疊加。

(3)感應(yīng)干擾。通常情況下，在交流強電導(dǎo)向、電氣設(shè)備周圍，會存在一定水平的磁場，當(dāng)電流發(fā)生改變時，對應(yīng)的磁場也會發(fā)生變化，當(dāng)交變磁場附近出現(xiàn)弱電信號時，此時會發(fā)生耦合反應(yīng)，主要指的就是電磁感應(yīng)與有用信號電路之間的情況，這便會發(fā)生感應(yīng)干擾問題。

1.2 干擾輸入形式

(1)電阻耦合反應(yīng)。在測量線和電源線之間，如果發(fā)生漏電阻的情況，便會引起漏電情況，此種漏電情況發(fā)生后，會出現(xiàn)相應(yīng)的磁場，而不同的磁場也會產(chǎn)生不同頻率，因此，這種電阻耦合反應(yīng)會發(fā)生較大干擾反應(yīng)[2]。

(2)電容耦合反應(yīng)。導(dǎo)致發(fā)生電容耦合反應(yīng)這一輸入形式的主要原因是，在兩個電路之間發(fā)生了問題，即由于受到靜電效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生干擾的情況，因此，此種輸入形式也可以稱作“靜電耦合”。當(dāng)干擾線和測量量之間的設(shè)置方法不能相互交叉時，此種情況就會出現(xiàn)兩個電路之中存在一個電容器，而這一電容器會出現(xiàn)電場，所以非常容易發(fā)生干擾反應(yīng)。

(3)電感耦合反應(yīng)。結(jié)合氣相關(guān)知識，不難發(fā)現(xiàn)，隨意兩個電路之間都存在相互感應(yīng)的情況，所以，當(dāng)一個電路對應(yīng)的電流發(fā)生改變時，會在上述互感作用下，直接影響到另一個電路電流的產(chǎn)生，進(jìn)而出現(xiàn)干擾作用。

(4)共阻抗耦合反應(yīng)。任意兩個電路之間，都會發(fā)生共同阻抗反應(yīng)，具體指的就是一個電路的電流經(jīng)過公共阻抗后，會引發(fā)電壓降低的情況，此時，非常容易對另外一個電路發(fā)生干擾電壓。比如，多種不同的電氣儀表設(shè)備由一個電源供電時，由于電源自身就具備一定的電阻，與此同時，輸電線路也存在阻抗性。基于此，當(dāng)其中任何一臺電氣儀表設(shè)備對應(yīng)的電流發(fā)生改變時，都可以直接影響到另一臺儀表設(shè)備，所以，也會產(chǎn)生信號干擾效應(yīng)[3]。

2 化工裝置電氣儀表設(shè)備安裝抗干擾的策略

通過上文對化工電氣儀表設(shè)備安裝過程中出現(xiàn)的干擾原因分析后，需要針對其中的不同情況采取對應(yīng)的措施。下面主要從干擾信號產(chǎn)生條件出發(fā)，提出了抑制干擾情況發(fā)生的策略，具體分析如下：

首先需要分析出此種干擾信號影響電氣儀表測量裝置的條件，主要包含幾個方面：其一，需要具備干擾源，才可以發(fā)出相應(yīng)的干擾信號；其二，需要具備能夠接受干擾信號敏感的電路；其三，存在干擾源接至電路過程的耦合通道。只有當(dāng)這三方面條件都具備時，才可以形成對電氣測量裝置的干擾作用。若想有效阻斷干擾問題發(fā)生，首要任務(wù)需要處理接收電路性能、干擾源以及二者之間的耦合形式，而后采取有針對性的措施，進(jìn)而抑制干擾反應(yīng)。

對此，安裝化工裝置電氣儀表設(shè)備時，為了降低干擾，需要遵循一定的原則：

(1)對干擾源實施有效的抑制或者清除。比如將電力線路、信號線路之間采取相應(yīng)的措施進(jìn)行隔離，增加距離。

(2)對干擾途徑進(jìn)行破壞。有兩種方式，一種是針對儀表本身進(jìn)行處理，比如，通過隔離變壓器、光電耦合器等措施，阻斷干擾；另一種是實施相應(yīng)的屏蔽措施。

(3)降低接收電路對干擾的敏感性。相比于低輸入阻抗的電路，高輸入阻抗的電路更容易受到干擾，而在干擾能力方面，數(shù)字電路干擾能力要強于模擬電路。非常有必要對受干擾的弱電信號、電路、電子控制裝置實施有效的防護(hù)措施，全面提高其抗干擾能力[4]。

3 化工裝置電氣儀表設(shè)備安裝抗干擾的具體實踐措施

3.1 保證柜體接地方式合理

這里的接地主要指的是一點接地，主要是因為當(dāng)不同電位兩點以上的位置同時接地時會產(chǎn)生干擾源。電流的幅值、波形會影響到接地電位大小，此外，接地極大小、形狀、接地極附近大地的電導(dǎo)率等也會對其產(chǎn)生影響。因此，需要遵照相關(guān)要求鋪設(shè)接地極，正常情況下，接地電阻低于4～10Ω，并且數(shù)值越小越好。而后，需要保證不同柜體都要與接地銅母線進(jìn)行連接，但是注意，不要使用串聯(lián)方式，主要目的是避免不同地電流流入公共地線中。此外，為了有效降低產(chǎn)生接地電阻，還需要保證接地線與接地母線之間的截面積，越大越好。

3.2 實施合理的屏蔽方法

采用屏蔽的方式，主要就是用銅、鋁等材料制成容器，此類材料具有低電阻性、磁性，能夠有效合理控制空間中電力線、磁力線產(chǎn)生的影響，實現(xiàn)對電磁干擾抑制，正常情況下主要有內(nèi)部和外部兩種：如果干擾源處于屏蔽體外部，則為被動屏蔽，反之，在內(nèi)部，則為主動屏蔽。此外，如果按照屏蔽范圍來劃分，又可以分為整體、局部兩種屏蔽方式，其中整體屏蔽方式主要就是屏蔽整個電氣室，而局部屏蔽，則主要就是屏蔽柜體、弱電插件。以上這幾種屏蔽類型，在實際應(yīng)用中，都需要注意屏蔽體的接地情況，只有保證良好接地才可以起到抗干擾的效果。

而對于化工裝置而言，正常情況下，主要放在電氣室，整體環(huán)境情況較好，但是使用的導(dǎo)線非常長，其中主要的控制線可以使用屏蔽線，并將屏蔽體的一個端點與公共零線進(jìn)行連接，主要目的是防止幾個端點同時接入公共零線，產(chǎn)生共阻抗藕合情況，產(chǎn)生干擾。

3.3 加大兩根導(dǎo)線間距

如果兩根平行導(dǎo)線相互靠近，將會產(chǎn)生對應(yīng)的分布電容、互感效應(yīng)，同時，兩根平行導(dǎo)線之間的距離、實際長度、具體線徑等都會對其大小產(chǎn)生直接影響。如果發(fā)生感性負(fù)載變化，此時電源會出現(xiàn)瞬間的高頻振蕩電壓。同時，該瞬變電壓會通過交直流動力線與信號線之間的電容傳輸?shù)叫盘柧€上，由于這兩根線處于互相平行關(guān)系，所以會產(chǎn)生干擾電壓，對此，有必要減少兩根導(dǎo)線之間分布的電容，因此，可以通過增加兩根導(dǎo)向之間的距離，或者讓二者處于垂直交叉情況解決。

除此之外，對于容量小的單項電源線、長距離傳輸?shù)男盘柧€，建議使用雙絞線。主要是因為雙絞線靠近的絞合方向相反，所以對應(yīng)的局部感應(yīng)電壓會相互消除，甚至接近零，起到非常好的抗干擾效果，目前該方法被廣泛使用。需要注意的是，在實際布線過程中，需要采用分開穿管、分層布線的方式處理低電平信號線和交直流動力線，同時，要保證足夠的距離和高度。

3.4 正確轉(zhuǎn)接外引導(dǎo)線

接線座的使用，主要應(yīng)用在不同柜體之間，或操作臺與控制柜之間。其中部分控制線會使用拔插方便的插頭插座實現(xiàn)轉(zhuǎn)接，所以，可以采用并聯(lián)方式處理插頭插座兩側(cè)的觸電，從而形成一個接點。此外，在焊接過程中，應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)虛焊情況，保證接觸有效。其中部分引線長度非常長，所以非常容易出現(xiàn)低頻信號減弱的情況，對于此種情況，可以采用加接控制信號放大器的方式處理，提升防干擾作用。

3.5 做好現(xiàn)場電磁干擾預(yù)防

無論是在接通過程還是在切斷大電感線圈時，都會產(chǎn)生較高電壓以及dV/dt低。所以，當(dāng)不同的交直流接觸器以及繼電器在分開、合并過程中，都會出現(xiàn)各種電磁干擾，對此，為解決此種問題，可以將一定參數(shù)的組容網(wǎng)絡(luò)接入到接觸器主觸頭的負(fù)載側(cè)。同時，還可以將二極管接入到直流接觸器、繼電器、電磁閥的線圈上。此外，也可以接入組容緩沖器，其中電阻為10～20Ω，電容為0.22～1F，主要作用就是對接通或者分?jǐn)鄷r產(chǎn)生的電壓進(jìn)行吸收。

3.6 正確安裝附加設(shè)備

如果附加設(shè)備安裝出現(xiàn)問題，也會發(fā)生干擾，因此，需要保證附加設(shè)備安裝正確性。例如，測速發(fā)電機的輸出電壓一般涉及到兩種干擾頻率：其一，為諧波干擾，主要是由整流子齒槽感應(yīng)和換向?qū)е碌模?00～400Hz頻率，對此，可以采用電阻和電容組成的“T型”網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行過濾；另一種，是低頻干擾信號，主要是因為各段傳動軸中心線出現(xiàn)差距，一般在設(shè)備處于高速運轉(zhuǎn)時而產(chǎn)生，可以通過源濾波器處理。此外，還需要保證機械設(shè)備正確安裝，進(jìn)而防止出現(xiàn)共振情況。

4 結(jié)語

綜上所述，通過本文對化工裝置電氣儀表設(shè)備安裝中產(chǎn)生的干擾原因分析，不難發(fā)現(xiàn)，需要加強對化工電氣儀表安裝關(guān)注，并結(jié)合不同情況，采取相應(yīng)的措施解決，比如保證柜體接地方式合理性、實施合理的屏蔽方法、加大兩根導(dǎo)線間距、正確轉(zhuǎn)接外引導(dǎo)線、做好現(xiàn)場電磁干擾預(yù)防、正確安裝附加設(shè)備等措施。解決干擾問題，從而提高化工電氣儀表設(shè)備的工作效率，保證工作質(zhì)量。