高压变频器控制柜电磁干扰测试报告.docx

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高压变频器控制柜电磁干扰测试报告

编号：

高压变频器控制柜电磁干扰测试报告

编制：

刘敏涛

审核：

批准：

发布日期:

高压变频器控制柜电磁干扰测试报告

1、电磁干扰测试背景

并网测试曲阜项目2800kVA高压变频器时，发现在并网瞬间立即报出“高压开关跳闸、运行过程中用户高压开关跳闸”故障。

通过对PLC程序一段一段的监控，发现并网瞬间PLC接收到了KM3（工频合闸接触器）闭点位置信号，信号很短暂，而KM3合闸位置信合与KM2（变频输出接触器）合闸位置信号是互锁的，如果变频运行的时候PLC检测到KM3闭点位置信号就立马发重故障，发重故障之后跳开用户开关。

分析是由于电磁干扰造成KM3误发位置信号。

对曲阜项目、威海项目、金大地项目、周口项目、简约集成型项目共11台变频器进行测试，测试的点主要是PLC的输入输出点对地之间的电压，测试用的仪器为示波器和万用表。

2、变频器控制柜电磁干扰理论分析

二次回路干扰形成的主要原因有下列几种:

（1）雷电流或者工频短路电流注入接地网所造成的干扰;

雷电流注入接地网会造成电流变化率di/dt很大，造成干扰，对变频器来说，一般安装在室内离防雷接地点较远的位置，所以只要采取合适的隔离措施和选择合格的隔离器件就能减少该干扰，如选择控制电源增加隔离变压器、PLC输入输出自带隔离等。

由于没有干扰源，本次无法测试。

（2）工频短路电流注入接地网所造成的干扰;

工频短路电流产生工频共模电压，作用于二次线与地之间,使二次设备处于高电位。

由于二次回路的阻抗的不平衡,共模干扰最终会转化成差模干扰电压而影响二次设备的正常工作。

对此种干扰采取的最好防护措施是将屏蔽层正确接地。

由于没有干扰源，本次无法测试。

（3）接地系统设计不可靠所造成的干扰;

接地系统设计不可靠包括如接地电阻设计不合理（包括变频器接地电阻和厂区接地电阻）、变频器屏蔽线屏蔽层接地不合理，接地点位置设计不合理、一次接地和二次接地点短接等。

变频器接地电阻设计一般是根据标准规范选择合适的接地线即可，接地点位置设计主要保证所有接地点就近接地，所以该点本次不做测试。

本次主要对一次二次接地系统短接在一起和一次二次接地系统分开接地产生的干扰效果进行测试。

（4）一次、二次设备的操作引起的干扰；

一次设备如断路器、隔离开关的操作,还是二次设备如继电器、控制开关的操作,都会对二次回路产生一定的干扰。

变频器内部的主要开关设备包括：

真空断路器、真空接触器、380V风机电源微型断路器、380V预充电电源微型断路器、继电器等设备。

本次对该部分接触器操作引起的干扰全部进行测试。

（5）强电磁场环境下,由于电磁场作用引起的干扰。

如图2-1所示：

图2-1控制旁路柜

我司现在柜体设计是控制柜在旁路柜前面，在模块变压器柜侧面，控制柜处在一个强电磁场环境下。

控制柜内部也存在强电磁场环境，主要是风机电源和预充电电源。

本次主要测试高压上电和变频运行对变频器的干扰。

3、变频器控制柜电磁干扰数据分析

3.1一次、二次接地系统对二次线的影响

一般来说，由于一次二次电源系统接地、电源系统存在继保、电源系统直接存在电磁场耦合等因素，所以地与二次线之间存在一个共模电压，由于二次回路的阻抗的不平衡,共模干扰最终会转化成差模干扰电压而影响二次设备的正常工作。

一次系统对地影响远比二次系统对地的影响大，所以一次、二次系统共地对二次线影响较大，一次、二次系统分开接地对二次线的影响会小一点。

本次测试中对金大地项目我们整理了所有的地线，并将一次、二次系统共地和一次、二次系统分开接地两个方案都测试了一遍。

测试发现一次、二次系统分开接地对PLC的共模电压影响小很多。

如图3-1为一次、二次系统共地时PLC输入点对地的波形。

3-1一次、二次系统共地时PLC输入点对地的波形

如图3-2为一次、二次系统分开接地时PLC输入点对地的波形。

3-2一次、二次系统分开接地时PLC输入点对地的波形

3-3一次、二次系统分开接地时变频运行PLC输入点对地的波形

图中：

1-刀闸QS，2-KM3，3-KM2，4-KM1

小结：

一次、二次系统分开接地能够有效地提高变频器的抗干扰水平。

3.2真空断路器、真空接触器分合闸对二次线的影响

理论分析：

一次开关电器的分合闸操作,在燃弧和熄弧过程中,由于能量的急剧转换,产生过电压和频率很高的各种谐波。

一般我司选用的真空接触器灭弧效果比较好，所以产生的过电压和高次谐波时间较短，对二次线影响有限。

如图3-4为KM2合闸时检测到的PLC输入点波形

3-4KM2合闸时检测到的PLC输入点波形

从图3-4中可以看到，真空接触器合闸对PLC的输入点有一个时间为0.7ms幅值为108V的尖峰电压冲击，图3-5PLC输入参数规范可以看出PLC的隔离可以做到500VAC1min，输入延时设置6.4ms。

该信号可以被PLC输入的光电隔离模块给隔离掉，不会对输入信号产生影响。

图3-5PLC输入参数规范

小结：

真空断路器、真空接触器分合闸产生过电压和频率很高的各种谐波会对二次线产生影响，其中对从旁路柜穿到控制柜的二次线影响最大。

该影响是一个时间较短的幅值较大的尖峰电压冲击，该冲击一般在器件的允许范围之内，所以可以不做保护。

但也可以通过增加磁环的形式减小该冲击。

3.3微型断路器分合闸对二次线的影响

微型断路器分合闸对器件产生的干扰原理和3.2类似。

变频器所用到的微型断路器主要有380V风机电源微型断路器、380V预充电电源微型断路器。

试验发现在高压上电和运行期间，380V风机电源微型断路器分合未对PLC输入点产生明显的影响。

380V预充电电源微型断路器一般是不进行分合的，它只在预充电的时候起作用，预充电过程中其实也是一个高压上电的过程，其原理见3-5节。

预充电过程中由于充电时电流也流经控制柜内，所以对控制柜的的影响比高压上电后大得多。

如图3-6为预充电时PLC输入波形。

图3-6预充电时PLC输入波形

图中：

1-KM1，2-KM2

3.4继电器分合闸对二次线的影响

继电器分合闸对器件产生的干扰原理是它有一定的电感量。

当突然切断电感电路的电流时,往往会产生较大的反电势,形成干扰电压或干扰信号。

对此种干扰,一般在线圈回路采取措施（如并联二极管和电阻或阻容吸收回路）降低干扰。

本次测试未发现继电器动作对PLC输入点产生明显的影响。

3.5高压上电对二次线的影响

高压上电后，在变频器内建立了一个非常强的电场。

这时对二次线的干扰主要是电场耦合干扰，任何电子元器件间之间都存在分布电容,干扰源和被干扰设备间就会发生耦合。

相当于提高了被干扰设备的对地电压。

图3-7为高压上电之后时检测到的PLC输入点波形：

图3-7高压上电之后时检测到的PLC输入点波形

其中：

1-刀闸QS，2-输入接触器KM1，3-输出接触器KM2，4旁路接触器KM3。

图中可以看出，KM1合闸（即上高压）之后，PLC输入点电压较之前提高了。

小结：

高压上电之后，PLC输入点对地电压通过电场耦合的方式得到了提高。

降低该干扰的方案有两个，一是布线时尽量增大导线间的距离,并使导线尽量不平行，二是使用屏蔽线并使屏蔽体良好接地。

3.6变频运行对二次线的影响

变频运行之后，在变频器内建立了一个非常强的而且复杂的电场和磁场。

这个时候，干扰源和被干扰设备间之间的电场耦合、电磁耦合、公共阻抗耦合、电磁辐射干扰都比较明显了。

各种干扰使得二次线与地之间的电压明显增加而且波形变得复杂。

如图3-9为曲阜2800kVA测试到的高压上电后PLC输入点波形。

图3-9为周口项目3150kVA测试到的高压上电后PLC输入点波形。

1-KM1，2-KM2

图3-10为周口项目4750kVA测试到的高压上电后PLC输入点波形。

1-QS1，2-QS2，3-QS3

图3-8变频运行时检测到的PLC输入点波形

图3-9变频运行时检测到的PLC输入点波形

图3-10变频运行时检测到的PLC输入点波形

多次试验得出，变频运行之后，PLC输入点波形最大，证明此时二次线受到的干扰是最大的。

最主要的是波形产生了畸变，这样会使得PLC输入点和PLC的M之间产生差模电压影响器件产生误动作。

但是周口项目经过整改过的数据要相对于曲阜项目效果是好很多的。

在所有测试中均未发现干扰而产生误动作的情况。

小结：

变频运行之后，通过电场耦合、电磁耦合、公共阻抗祸合、电磁辐射干扰均使PLC输入点对地得到了提高。

降低该干扰的方案是整理接地系统、合理使用抗干扰线、正确接地等。

3.7DCS对二次线的影响

由于不能模拟现场的DCS条件，所以这次测试只看高压开关位置信号对PLC的影响。

图3-11为运行时PLC高压位置输入点对地电压波形。

图3-11高压位置信号对PLC输入点的影响

图中看出，DCS的线所受干扰特别严重。

但由于这个信号是高电平，所以对PLC的逻辑运行是不影响的。

小结：

DCS的线一般都是比较长的，所以对DCS的屏蔽要求特别高。

建议DCS使用带屏蔽的双绞线并且做好单端接地。

3.8并网平台通讯线对二次线的影响

并网平台的通讯线对二次线的干扰主要是把并网平台的地接进了集装箱。

图3-12为接上并网平台的通讯线后PLC的M点对地电压波形。

图3-13为使用集装箱的通讯线后PLC的M点对地电压波形。

3-12接上并网平台的通讯线后PLC的M点对地电压波形

3-13接上集装箱的通讯线后PLC的M点对地电压波形

两图对比，发现并网平台对变频器的干扰影响也是很大的。

3.9屏蔽线双绞线效果对比

曲阜项目屏蔽线和双绞线对比如下图3-14和3-15所示

图3-14双绞线屏蔽效果

3-15屏蔽线屏蔽效果

集装箱项目屏蔽线和双绞线对比如下图3-16和3-17所示

图3-16双绞线屏蔽效果

3-17屏蔽线屏蔽效果

小结：

双绞线和屏蔽线都具有抗干扰能力，在测试中看到双绞线的效果比屏蔽线还好点，有可能是屏蔽线未正确接地造成的。

若要抗干扰能力能力更强，建议使用带屏蔽的双绞线。

4、测试结论与改造建议

1、一次、二次系统分开接地能够有效地提高变频器的抗干扰水平。

一次、二次接地系统分开，要求重新规划整个变频器的接地系统。

2、真空断路器、真空接触器、380V风机电源微型断路器、380V预充电电源微型断路器、继电器等设备等一次二次设计动作会产生短时的冲击电压。

该冲击一般在器件的允许范围之内，所以可以不做保护。

但也可以通过增加磁环的形式减小该冲击。

3、变频运行之后，PLC输入点对地得到了提高，且波形复杂。

后期改造要规划器件布局、走线路径、合理使用抗干扰线，正确接地等。

4、双绞线和屏蔽线都具有抗干扰能力，合理使用以保证抗干扰能力。

5、对DCS线提出要求，建议DCS使用带屏蔽的双绞线并且做好单端接地。