高壓變頻器控制柜電磁干擾測試報告

1、高壓變頻器控制柜電磁干擾測試報告編號:目錄編制：劉敏濤1、電磁干擾測2、變頻器控制審核：試背景柜電磁干擾理論分析3、變頻器控制批準：柜電磁干擾數(shù)據(jù)分析3.1 一次、發(fā)布日期：二次接地系統(tǒng)對二次線的影響3.2真空斷路器、真空接觸器分合閘對二次線的影響 3.3微型斷路器分合閘對二次線的影響3.4繼電器分合閘對二次線的影響 3.5高壓上電對二次線的影響 3.6變頻運行對二次線的影響 3.7 DCS對二次線的影響3.8并網(wǎng)平臺通訊線對二次線的影響 3.9 屏蔽線雙絞線效果對比 4、測試結論與改造建議 高壓變頻器控制柜電磁干擾測試報告1 、電磁干擾測試背景并網(wǎng)測試曲阜項目 2800kVA 高壓變頻器時，

2、發(fā)現(xiàn)在并網(wǎng)瞬間立即報出“高壓開關跳閘、 運行過程中用戶高壓開關跳閘”故障。通過對 PLC 程序一段一段的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)瞬間 PLC 接收到了 KM3 (工頻合閘接觸器)閉點位置信號，信號很短暫，而KM3合閘位置信合與KM2 (變頻輸出接觸器)合閘位置信號是互鎖的，如果變頻運行的時候 PLC 檢測到 KM3 閉點位 置信號就立馬發(fā)重故障，發(fā)重故障之后跳開用戶開關。分析是由于電磁干擾造成 KM3 誤發(fā)位 置信號。對曲阜項目、威海項目、金大地項目、周口項目、簡約集成型項目共 11 臺變頻器進 行測試，測試的點主要是 PLC 的輸入輸出點對地之間的電壓，測試用的儀器為示波器和萬用 表。2 、變頻器控制

3、柜電磁干擾理論分析二次回路干擾形成的主要原因有下列幾種 :(1) 雷電流或者工頻短路電流注入接地網(wǎng)所造成的干擾 ;雷電流注入接地網(wǎng)會造成電流變化率 di/dt 很大，造成干擾， 對變頻器來說， 一般安裝在 室內離防雷接地點較遠的位置， 所以只要采取合適的隔離措施和選擇合格的隔離器件就能減少 該干擾，如選擇控制電源增加隔離變壓器、 PLC 輸入輸出自帶隔離等。由于沒有干擾源，本 次無法測試。(2) 工頻短路電流注入接地網(wǎng)所造成的干擾 ; 工頻短路電流產生工頻共模電壓，作用于二次線與地之間 ,使二次設備處于高電位。由于二次回路的阻抗的不平衡 ,共模干擾最終會轉化成差模干擾電壓而影響二次設備的正常工

4、作。 對此種干擾采取的最好防護措施是將屏蔽層正確接地。由于沒有干擾源，本次無法測試。(3) 接地系統(tǒng)設計不可靠所造成的干擾 ;接地系統(tǒng)設計不可靠包括如接地電阻設計不合理 (包括變頻器接地電阻和廠區(qū)接地電阻) 、 變頻器屏蔽線屏蔽層接地不合理， 接地點位置設計不合理、 一次接地和二次接地點短接等。 變 頻器接地電阻設計一般是根據(jù)標準規(guī)范選擇合適的接地線即可， 接地點位置設計主要保證所有 接地點就近接地， 所以該點本次不做測試。 本次主要對一次二次接地系統(tǒng)短接在一起和一次二 次接地系統(tǒng)分開接地產生的干擾效果進行測試。(4) 一次、二次設備的操作引起的干擾；一次設備如斷路器、隔離開關的操作 ,還是二

5、次設備如繼電器、控制開關的操作 ,都會對二 次回路產生一定的干擾。變頻器內部的主要開關設備包括：真空斷路器、真空接觸器、 380V 風機電源微型斷路器、 380V 預充電電源微型斷路器、繼電器等設備。本次對該部分接觸器操 作引起的干擾全部進行測試。(5) 強電磁場環(huán)境下 ,由于電磁場作用引起的干擾。如圖 2-1 所示：圖 2-1 控制旁路柜我司現(xiàn)在柜體設計是控制柜在旁路柜前面， 在模塊變壓器柜側面， 控制柜處在一個強電磁場環(huán) 境下?？刂乒駜炔恳泊嬖趶婋姶艌霏h(huán)境， 主要是風機電源和預充電電源。 本次主要測試高壓上 電和變頻運行對變頻器的干擾。3、變頻器控制柜電磁干擾數(shù)據(jù)分析3.1 一次、二次接地

6、系統(tǒng)對二次線的影響一般來說， 由于一次二次電源系統(tǒng)接地、 電源系統(tǒng)存在繼保、 電源系統(tǒng)直接存在電磁場耦 合等因素，所以地與二次線之間存在一個共模電壓，由于二次回路的阻抗的不平衡,共模干擾最終會轉化成差模干擾電壓而影響二次設備的正常工作。一次系統(tǒng)對地影響遠比二次系統(tǒng)對地的影響大， 所以一次、 二次系統(tǒng)共地對二次線影響較 大，一次、二次系統(tǒng)分開接地對二次線的影響會小一點。本次測試中對金大地項目我們整理了所有的地線， 并將一次、 二次系統(tǒng)共地和一次、 二次 系統(tǒng)分開接地兩個方案都測試了一遍。測試發(fā)現(xiàn)一次、二次系統(tǒng)分開接地對 PLC 的共模電壓 影響小很多。如圖 3-1 為一次、二次系統(tǒng)共地時 PLC

7、 輸入點對地的波形。3-1 一次、二次系統(tǒng)共地時 PLC 輸入點對地的波形如圖 3-2 為一次、二次系統(tǒng)分開接地時 PLC 輸入點對地的波形。3-2 一次、二次系統(tǒng)分開接地時 PLC 輸入點對地的波形3-3 一次、二次系統(tǒng)分開接地時變頻運行 PLC 輸入點對地的波形圖中： 1-刀閘 QS，2-KM3 ，3-KM2 ，4-KM1小結：一次、二次系統(tǒng)分開接地能夠有效地提高變頻器的抗干擾水平。3.2 真空斷路器、真空接觸器分合閘對二次線的影響理論分析：一次開關電器的分合閘操作 , 在燃弧和熄弧過程中 , 由于能量的急劇轉換 ,產生 過電壓和頻率很高的各種諧波。 一般我司選用的真空接觸器滅弧效果比較好

8、， 所以產生的過電 壓和高次諧波時間較短，對二次線影響有限。如圖 3-4 為 KM2 合閘時檢測到的 PLC 輸入點波形3-4 KM2 合閘時檢測到的 PLC 輸入點波形從圖3-4 中可以看到，真空接觸器合閘對 PLC 的輸入點有一個時間為 0.7ms 幅值為 108V 的尖峰電壓沖擊，圖 3-5 PLC 輸入?yún)?shù)規(guī)范可以看出 PLC 的隔離可以做到 500VAC1min ， 輸入延時設置 6.4ms 。該信號可以被 PLC 輸入的光電隔離模塊給隔離掉，不會對輸入信號產 生影響。圖 3-5 PLC 輸入?yún)?shù)規(guī)范 小結：真空斷路器、真空接觸器分合閘產生過電壓和頻率很高的各種諧波會對二次線產生 影

9、響，其中對從旁路柜穿到控制柜的二次線影響最大。 該影響是一個時間較短的幅值較大的尖 峰電壓沖擊，該沖擊一般在器件的允許范圍之內， 所以可以不做保護。 但也可以通過增加磁環(huán) 的形式減小該沖擊。3.3 微型斷路器分合閘對二次線的影響微型斷路器分合閘對器件產生的干擾原理和 3.2 類似。變頻器所用到的微型斷路器主要有 380V 風機電源微型斷路器、 380V 預充電電源微型斷 路器。試驗發(fā)現(xiàn)在高壓上電和運行期間， 380V 風機電源微型斷路器分合未對 PLC 輸入點產 生明顯的影響。 380V 預充電電源微型斷路器一般是不進行分合的，它只在預充電的時候起作 用，預充電過程中其實也是一個高壓上電的過程

10、，其原理見 3-5 節(jié)。預充電過程中由于充電 時電流也流經(jīng)控制柜內，所以對控制柜的的影響比高壓上電后大得多。如圖 3-6 為預充電時 PLC 輸入波形。圖 3-6 預充電時 PLC 輸入波形圖中： 1-KM1 ，2-KM23.4 繼電器分合閘對二次線的影響繼電器分合閘對器件產生的干擾原理是它有一定的電感量。 當突然切斷電感電路的電流時 往往會產生較大的反電勢 ,形成干擾電壓或干擾信號。 對此種干擾 ,一般在線圈回路采取措施 （如 并聯(lián)二極管和電阻或阻容吸收回路 ）降低干擾。 本次測試未發(fā)現(xiàn)繼電器動作對 PLC 輸入點產生 明顯的影響。3.5 高壓上電對二次線的影響高壓上電后，在變頻器內建立了一

11、個非常強的電場。 這時對二次線的干擾主要是電場耦合干擾， 任何電子元器件間之間都存在分布電容 ,干擾源和被干擾設備間就會發(fā)生耦合。相當于提高了 被干擾設備的對地電壓。圖 3-7 為高壓上電之后時檢測到的 PLC 輸入點波形：圖 3-7 高壓上電之后時檢測到的 PLC 輸入點波形其中： 1-刀閘 QS ，2-輸入接觸器 KM1 ，3-輸出接觸器 KM2 ，4旁路接觸器 KM3 。 圖中可以看出， KM1 合閘（即上高壓）之后， PLC 輸入點電壓較之前提高了。 小結：高壓上電之后， PLC 輸入點對地電壓通過電場耦合的方式得到了提高。降低該干擾的 方案有兩個，一是布線時盡量增大導線間的距離 ,并

12、使導線盡量不平行，二是使用屏蔽線并使 屏蔽體良好接地。3.6 變頻運行對二次線的影響變頻運行之后， 在變頻器內建立了一個非常強的而且復雜的電場和磁場。 這個時候， 干擾源和 被干擾設備間之間的電場耦合、電磁耦合、公共阻抗耦合、電磁輻射干擾都比較明顯了。各種 干擾使得二次線與地之間的電壓明顯增加而且波形變得復雜。如圖 3-9 為曲阜 2800kVA 測試到的高壓上電后 PLC 輸入點波形。圖 3-9 為周口項目 3150kVA 測試到的高壓上電后 PLC 輸入點波形。 1-KM1 ， 2-KM2圖3-10為周口項目4750kVA 測試到的高壓上電后PLC輸入點波形。1-QS1 ,2-QS2 ,3

13、-QS3圖 3-8 變頻運行時檢測到的 PLC 輸入點波形圖 3-9 變頻運行時檢測到的 PLC 輸入點波形圖 3-10 變頻運行時檢測到的 PLC 輸入點波形 多次試驗得出，變頻運行之后， PLC 輸入點波形最大，證明此時二次線受到的干擾是最大的。 最主要的是波形產生了畸變，這樣會使得 PLC 輸入點和 PLC 的 M 之間產生差模電壓影響器 件產生誤動作。 但是周口項目經(jīng)過整改過的數(shù)據(jù)要相對于曲阜項目效果是好很多的。 在所有測 試中均未發(fā)現(xiàn)干擾而產生誤動作的情況。 小結：變頻運行之后，通過電場耦合、電磁耦合、公共阻抗禍合、電磁輻射干擾均使 PLC 輸 入點對地得到了提高。降低該干擾的方案是

14、整理接地系統(tǒng)、合理使用抗干擾線、正確接地等。3.7 DCS 對二次線的影響由于不能模擬現(xiàn)場的 DCS 條件，所以這次測試只看高壓開關位置信號對 PLC 的影響。 圖 3-11 為運行時 PLC 高壓位置輸入點對地電壓波形。圖 3-11 高壓位置信號對 PLC 輸入點的影響圖中看出， DCS 的線所受干擾特別嚴重。但由于這個信號是高電平，所以對 PLC 的邏輯運行 是不影響的。小結： DCS 的線一般都是比較長的，所以對 DCS 的屏蔽要求特別高。建議 DCS 使用帶屏蔽 的雙絞線并且做好單端接地。3.8 并網(wǎng)平臺通訊線對二次線的影響 并網(wǎng)平臺的通訊線對二次線的干擾主要是把并網(wǎng)平臺的地接進了集裝

15、箱。圖 3-12 為接上并網(wǎng)平臺的通訊線后 PLC 的 M 點對地電壓波形。 圖 3-13 為使用集裝箱的通訊線后 PLC 的 M 點對地電壓波形。3-12 接上并網(wǎng)平臺的通訊線后 PLC 的 M 點對地電壓波形3-13 接上集裝箱的通訊線后 PLC 的 M 點對地電壓波形 兩圖對比，發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)平臺對變頻器的干擾影響也是很大的。3.9 屏蔽線雙絞線效果對比曲阜項目屏蔽線和雙絞線對比如下圖 3-14 和 3-15 所示圖 3-14 雙絞線屏蔽效果3-15 屏蔽線屏蔽效果集裝箱項目屏蔽線和雙絞線對比如下圖 3-16 和 3-17 所示圖 3-16 雙絞線屏蔽效果3-17 屏蔽線屏蔽效果小結：雙絞線和屏蔽線都具有抗干擾能力， 在測試中看到雙絞線的效果比屏蔽線還好點， 有可 能是屏蔽線未正確接地造成的。若要抗干擾能力能力更強，建議使用帶屏蔽的雙絞線。4 、測試結論與改造建議1 、一次、 二次系統(tǒng)分開接地能夠有效地提高變頻器的抗干擾水平。 一次、二次接地系統(tǒng)分開， 要求重新規(guī)劃整個變頻器的接地系統(tǒng)。2 、真空斷路器、真