电磁干扰对火电厂测速回路的危害及防范措施

【摘 要】 电磁干扰看似无形，实则危害极大。本文从实际解决火电厂连续多次电超速保护误动问题的角度，阐述了电磁干扰对控制系统的危害、屏蔽对信号回路的重要性以及如何增强抗干扰能力的办法。

【关键词】 电磁干扰 屏蔽 耦合 电超速保护

西部矿业唐湖电力分公司位于青海省海北州海晏县境内，装机容量为2×135MW汽轮发电机组，是目前国内海拔最高、单机容量最大的火力发电厂。2011年在该火电厂曾发生过连续多次的电超速保护误动事故，间隔两三天而已，此问题给电厂生产造成很大的困扰。为解决该问题，从传感器安装、回路接线、转速表参数设置甚至于控制柜内逻辑程序均做了详细的分析研究，最终发现问题的罪魁祸首竟然是我们看不见、摸不到的电磁干扰，而屏蔽的不完善则成为最大帮凶。

1 基本情况

电超速保护对于汽轮机转轴是很重要的保护之一，其原理如图1所示。电涡流探头将其与被测量带齿转轴间的距离信号转换成电压信号，通过前置器传输给转速表。由于主轴与传感器间距和齿与传感器间距不同，从而转换的电压不同，随着带齿转轴的转动，将周期变化的电压脉冲信号经线路传输到转速表上。转速表记录脉冲数并转换成实际转速，与设定值3300r/min相比较，当大于该值时转速表输出置1。该回路共3条，其结果采用三取二信号摄取法，即至少有两块转速表输出置1时，则发出电超速保护动作信号，自动使汽轮机遮断。该电厂机组在正常运行情况下，电超速保护突然动作，而且短时间内连续动作，严重影响了机组的安全稳定运行。

2 原因分析

针对存在的问题，技术人员现场对设备进行了详细的检查，原因分析如下：

（1）根据汽轮机运行各项指标情况，排除了真实超速可能性，只存在保护误动作原因。检查涡流传感器安装间隙1mm，在正常范围内，且传感器完好。我们认真检查了整条回路，发现前置器工作正常，转速表设定各项参数无误，电缆绝缘良好。发现ETS柜内的转速信号的屏蔽线未接入大地，如图1所示，如此造成的结果就是屏蔽线两端悬空，不符合屏蔽层的接线规范，因此我们怀疑到是否有电磁干扰的可能。分析电磁干扰的前提是要明白什么是电磁干扰，及其干扰的方式，如下所述：

第一、电磁干扰信号的来源：电磁干扰EMI（Electromagnetic In-terference），是人们早就发现的电磁现象。一些电器、电子设备工作时所产生的电磁波，容易对周围的其他电气、电子设备形成电磁干扰，引发故障或者影响信号的传输。另外，过度的电磁干扰会形成电磁污染，危害人们的身体健康，破坏生态平衡。

第二、电磁干扰传输的方式：一种是传导方式，另一种是辐射方式。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络；辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。在实际工程中，两个设备之间发生干扰通常包含着多种途径的耦合。正因为多种途径的耦合同时存在，反复交叉，共同产生干扰，才使得电磁干扰变得难以控制。

（2）通过对电磁干扰的研究并结合现场实际情况，确定了事故中电磁干扰源为周围发电机、磨煤机等电器设备，传导方式为辐射方式。经详细检查发现ETS柜内屏蔽不完整、存在断点，干扰信号无法引入大地；屏蔽线接入的转速表端子为21（PE），经对照德国BRAUN转速表的接线图纸，发现该接线方式不符合图纸要求。这两点均会导致无法消除电磁干扰信号，形成图2（信号波形图）中的叠加脉冲信号。

火电厂汽轮机一般为60齿，即每转一周会产生60个脉冲，转速正常为3000r/min，所以一秒产生脉冲数n=60*3000/60=3000（个），而干扰信号不是固定存在，不易测量其具体数据。假定干扰信号波形如图2中，则叠加到主信号后会使1s内脉冲数大于3000个。

火电厂ETS（汽轮机危机遮断系统）内的超速保护回路一般采用三取二信号摄取法，使保护达到很好效果，给保护误动和拒动寻找了很好的结合点。所以，测速回路有3条一起传送到ETS系统中。一般情况下，三条回路同时出现两条故障的情况很少见，但是信号干扰则不同，因为三条线路几乎平行布置、且间距小，干扰信号会几乎同时辐射耦合到这三条回路中，这样就增大了同时错误测量的几率。如果恰巧有至少两条线路1s测量脉冲数大于3300个，经ETS的PLC判断后，会发出电超速保护动作信号，造成汽轮机误跳机事故，经此分析后基本确定了事故原因。

3 解决问题及总结

（1）分析出原因后，我们将ETS柜内的屏蔽线接入转速表的19（屏蔽）端子，并将前置器端的屏蔽线用绝缘胶带包好，保证其悬空，同时将屏蔽层的断点续接好，如图3所示。改造后至今再未发生过电超速保护误动跳机的事故，同时也证实了电磁干扰确实是造成该事故的元凶。

（2）电磁干扰的危害无声无息，却又极其严重，不容忽视。电磁干扰无处不在，无法彻底消除，只能尽量降低其影响，使其在相互兼容的范畴内。那么有什么办法降低电磁干扰的危害，下面列举了几点：1）加装屏蔽层：务必做到屏蔽完整、单端接地、屏蔽网接入二次仪表屏蔽端子。2）提高阈值：在允许的情况下适当提高保护的阈值，可以降低保护误动率。3）逻辑判断加延时：写逻辑时保护动作出口加上1s（时间视工况定）左右的延时可大幅度减少瞬时干扰造成的误动，因为延时逻辑块的触发条件满足的时间大于设定时间的情况下才能使输出动作，中途条件不满足则不触发。因为电磁干扰往往是瞬间的，而加入短暂的延时恰好解决了这一问题。4）远离干扰源、合理布线、选用抗干扰性能强的设备。5）若是控制柜周围环境电磁干扰强，可以给柜体加装铝制罩子，会大大降低电磁干扰影响。

4 结语

从该事故中我们可以深刻理解到电磁干扰是无形的、易被忽略，可的确是存在的，而且影响极大。所以我们应当重视电磁干扰所带来的影响，在设计、施工、检修时采取有效的措施降低其危害，为企业减少不必要的损失。

参考文献：

[1]边立秀，周俊霞，赵劲松，杨建蒙.热工控制系统.北京：中国电力出版社，2001.

[2]曹丰文主编.电磁兼容设计与电磁干扰抑制技术.北京：中国电力出版社，2009.