电驱机组远传变送器抗干扰优化

赵晓旭，南 鹏

（国家管网西部管道酒泉输油气分公司，甘肃 酒泉 735100）

0 引言

天然气的运输主要依靠长输管道来进行，而天然气长输管道在建设时，压缩机的驱动方式至关重要。变频电机驱动是长输天然气管道常用的压缩机驱动方式之一，尤其是近年来随着国内天然气管网以及进口天然气管道的陆续建成投产，变频电机驱动压缩机组因其具有结构紧凑，易损件少，可靠性高，维护费用低等优点，得到了越来越多的应用。

随着变频电机的广泛应用，不可避免地引入了电磁干扰因素，这对压缩机的仪表控制信号也带来了一定的干扰，影响着压缩机的稳定运行。本文就西气东输二线某站电驱机组远传变送器信号回路的电磁干扰进行测量分析，并针对存在的电磁干扰进行了抑制和隔离，有效消除了干扰因素，提升了远传信号的稳定性。

1 电磁干扰分析

图1 PT782A、PT782B接线图Fig.1 PT782A、PT782B wiring diagram

图2 压力变送器工作原理图Fig.2 Working principle of pressure transmitter

西气东输二线某站设置了4 台电驱压缩机组，变频器型号为TM drive-XL75，压缩机型号为PCL803/N。机组出口压力PT782A、PT782B 接入机组HIMA 系统，通过2oo2 的保护逻辑防止压缩机出口超压，设定压力值为11.95MPa。自投产运行以来，机组出口压力PT782A、PT782B 数据不稳定且波动范围较大，最大波动范围可达0.6MPa，为机组的平稳运行带来一定的隐患。

为了检测分析电磁干扰对仪表控制回路的影响，开展了电磁干扰检测分析，对压缩机厂房及机柜间电磁干扰信号进行了试验。测试结果表明，本EUT 被测设备在0.15MHz ～80MHz 测试频点因施加的电磁干扰的影响而导致工作不稳定，显示的度数偏离了正常区间，易造成误判和误动作。但是，在干扰停止或者频率转移后，能够自行恢复，读数稳定。

本项试验是共模试验，敏感点的频率一般情况下是EUT 的内部CPU 控制单元的本振频率或者倍频，或者是EUT 内部数据传输通道的载频，这表明EUT 对这些工作频点保护不足，导致干扰从信号电缆上感应耦合导入到内部电路中，影响自身工作频点的频率稳定性并对数据传输载波产生了不良影响。

2 改进措施

2.1 增大远传变送器阻尼系数

测量仪器中从激励（输入）发生到响应（输出）达到预定值的时间，称为响应时间。可以影响响应时间的因素，就是阻尼。

仪表阻尼通常的调整方式有滤波、改变放大器放大倍数、用积分环节替代比例放大等。

现场安装的压力变送器为ROSEMENT 3051 系列，阻尼时间设定范围为0s ～3s，默认值为0.4s。现场采用FLUKE 754 可对ROSEMENT 3051 系列变送器进行阻尼设定[2]。

经过现场实际测试，当阻尼时间设定为1.0s 时，变送器输出值的波动范围有了明显地减小，波动幅度相较修改前减小了50%，且系统响应时间满足运行要求。

图3 不同阻尼设定情况下波动范围趋势图Fig.3 Trend chart of fluctuation range under different damping settings

2.2 电磁干扰抑制

电磁干扰是比较常见的干扰，特别是在长距离或者干扰较大的工业环境中，很难避免感性和容性干扰在测量回路中相互参杂的情况，解决这些问题的方案主要有3 种：

1）现场仪表不接地

使过程环路中只有一个接地点，但在实际应用中，这种方案往往难以实现，因为某些设备必须接地才能保证测量精度或确保人身安全。某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损或气候影响而形成新的接地点。

2）使两接地点的电势相同

由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方案通常是很难实现的。

3）过程环路中使用信号隔离器

信号隔离器采用隔离技术，断开过程环路中的直接电路（直流通路）但又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决了上述问题[3]。

针对输气站场远传变送器所处的0.15MHz ～80MHz 电磁干扰环境，对国内外信号隔离器厂商设备进行性能比选。最终，委托国内自动化厂商订制生产MIK-502E 安全隔离栅模拟量分配器，该模块可以有效过滤0.15MHz ～80MHz电磁干扰信号，起到信号隔离和信号还原的作用。

图4 信号隔离器工作原理图Fig.4 Schematic diagram of signal isolator

3 信号隔离器性能测试

3.1 最大输出误差测试

（见表1。）

表1 最大输出误差测试Table 1 Maximum output error test

3.2 负载变化影响测试

（见表2。）

表2 负载变化影响测试Table 2 Load change impact test

3.3 电源变化影响测试

（见表3。）

表3 电源变化影响测试Table 3 Power supply change impact test

3.4 满载功耗测试

（见表4。）

表4 满载功耗测试Table 4 Full load power consumption test

3.5 绝缘性能

（见表5。）

表5 绝缘性能Table 5 Insulation performance

4 结束语

针对电磁干扰信号常用的做法有两种：一是使用物理硬件进行滤波；二是通过软件编程算法进行滤波。硬件滤波主要是通过电容电阻组合起来滤波的，这个成本低，而且好实现，技术成熟的自动化厂商均可以根据客户需求进行订做。软件滤波效果更好，但是好的算法比较复杂，实施成本高。

本案例使用模拟量信号分配器进行硬件滤波，同时适当增大了变送器的阻尼时间，有效地解决了电磁干扰对远传变送器回路的影响，巧妙地找到了一种成本低、操作简单的方法，解决了生产中存在的问题。