蘭亞志 曹皓 劉海濤

摘 要：褐煤干燥裝置在對(duì)褐煤進(jìn)行干燥、熱解、鈍化過程中，對(duì)主設(shè)備內(nèi)的含氧量有極高的要求，采用YKTR-9200在線順磁氧分析儀對(duì)主設(shè)備內(nèi)環(huán)境的含氧量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但當(dāng)有大型變頻電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，氧量分析儀的輸出信號(hào)會(huì)出現(xiàn)大幅波動(dòng)、跳變。本文試著對(duì)干擾產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并對(duì)如何消除干擾提出了自己的看法和建議。

關(guān)鍵詞：氧分析儀變頻器信號(hào)干擾

一、工程情況簡(jiǎn)介

（一）褐煤干燥工藝簡(jiǎn)介

褐煤干燥工藝采用低階煤轉(zhuǎn)化提質(zhì)技術(shù)將褐煤轉(zhuǎn)化為物理化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定的固體燃料PMC和液體燃料PCT，將副產(chǎn)品煤粉壓制成型。在煤干燥、熱解、鈍化過程中，均在無氧環(huán)境下進(jìn)行，故控制及檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的氧含量尤為重要。主裝置內(nèi)共安裝有十套磁氧分析儀：干燥循環(huán)風(fēng)機(jī)出口、干燥爐干燥氣入口、熱解爐熱解氣入口、電捕焦油器熱解氣入口。

（二）YKTR-9200在線順磁氧分析儀表介紹

由于主裝置內(nèi)的氣體成份復(fù)雜，含焦油、粉塵、低沸點(diǎn)有機(jī)物、H2S、水汽等，具有高粘度、易結(jié)晶、腐蝕性等特點(diǎn)，工程選用抗腐蝕、無堵塞、分析精度高的YKTR-9200在線順磁氧分析儀。它利用氧氣的體積磁化率比一般氣體高，在磁場(chǎng)中具有極高的順磁特性來測(cè)量氣體中的含氧量。通常稱為順磁氧分析儀，原理見圖1。

上圖中2是限流器，能保證左右兩個(gè)參比氣路的對(duì)稱和穩(wěn)定，把流量控制在5ml/min，當(dāng)參比氣進(jìn)入管道，如沒有磁場(chǎng)，內(nèi)部的△P=0;圖中8是電磁體，通電后樣品氣中的氧氣往電磁體處集中，電磁體附近氧濃度變大，兩個(gè)氣路產(chǎn)生壓差△P，微流量傳感器4測(cè)出壓差，進(jìn)而對(duì)應(yīng)氧濃度。

二、產(chǎn)生干擾的原因分析

實(shí)際投運(yùn)過程中發(fā)現(xiàn)若有大型變頻電機(jī)啟動(dòng)，各氧分析儀同時(shí)出現(xiàn)無規(guī)律跳變。氧分析儀采用UPS單獨(dú)供電，信號(hào)電纜、電源電纜為屏蔽電纜。變頻器投入工作時(shí)，其他由UPS供電的儀表并未出現(xiàn)大幅度波動(dòng)或者跳變，故氧分析儀電源本身的抗干擾能力較弱。通過分析，我認(rèn)為是變頻器啟動(dòng)時(shí)，其輸入端的整流電路產(chǎn)生的諧波和射頻輻射對(duì)分析儀表的電源產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致測(cè)量值跳變。[1]

變頻器工作時(shí)，其輸入整流電路的阻抗隨外加電壓的變化而變化，導(dǎo)致整流所吸收的電流不是正弦波電流。單相整流器由整流橋和滑動(dòng)電容器組成。一般來說，負(fù)載的電流是由一個(gè)光滑的電容器提供的。只有當(dāng)正弦波的電壓高于光滑電容的電壓時(shí)，才會(huì)有電流流入電容和負(fù)載，因此在電壓峰值時(shí)產(chǎn)生脈沖，這種脈沖電流含有豐富的諧波成分。

（一）整流電路產(chǎn)生諧波電流

整流器是典型的非線性負(fù)載，其運(yùn)行過程中發(fā)出的諧波電流對(duì)供電系統(tǒng)的阻抗產(chǎn)生電壓降，導(dǎo)致電壓波類型失真，這種畸變的電壓對(duì)于許多電子設(shè)備形成干擾，常見的電壓畸變是正弦波的頂部變平。諧波電流一定時(shí)，電壓畸變?cè)谌蹼娫吹那闆r下更加嚴(yán)重，這種干擾的特征會(huì)對(duì)其他同源用電設(shè)備形成干擾，而與設(shè)備與變頻器間的距離無關(guān)。[2]

（二）逆變電路在電源輸入端產(chǎn)生射頻干擾電流

逆變器電路是一種高速開關(guān)電路，它以脈沖方式從直流母線吸取電流，雖然這種脈沖電流大部分是由光滑電容提供的，但在輸入時(shí)交流總線上仍會(huì)反射其中的一部分，即射頻干擾電流。此外，逆變器電路本身也會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，也會(huì)與逆變器的輸入耦合。電力輸入時(shí)的射頻干擾電流導(dǎo)致電網(wǎng)上的射頻電壓，對(duì)同源用電設(shè)備形成干擾。另射頻電流還會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，對(duì)鄰近的電子設(shè)備形成干擾，即使這些設(shè)備與變頻器不同源。

（三）變頻器輸出電纜產(chǎn)生的電磁波輻射

在變頻器輸出電纜上傳輸?shù)腜WM電壓含有豐富的高頻元件。高頻電壓通過電纜的導(dǎo)線效應(yīng)產(chǎn)生電磁輻射并形成放射性干擾。輻射的強(qiáng)度與逆變器的載波頻率、脈沖的上升長(zhǎng)度、電壓的高度、電纜的長(zhǎng)度等有關(guān)。載波頻率越高，輻射越強(qiáng);上升時(shí)間越短，輻射越強(qiáng);電壓越高，輻射越強(qiáng);電纜越長(zhǎng)，輻射越大。

區(qū)別干擾是如何從變頻器耦合到受干擾設(shè)備的方法，是改變兩者之間的位置，如果干擾與距離有關(guān)，說明是輻射性的干擾，否則為傳導(dǎo)性。通過現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，氧分析儀測(cè)量值跳變的主要原因是由變頻器整流電路產(chǎn)生諧波電流所致。

三、消除干擾的方法

根據(jù)以上分析，為解決此問題，只能對(duì)分析儀的電源再次進(jìn)行濾波處理。濾波主要有模擬濾波、數(shù)字濾波。

（一）模擬濾波主要有三種濾波器：輸入電抗器、無源濾波器、有源濾波器。

1.輸入電抗器：變頻器產(chǎn)生的諧波電流與電網(wǎng)的系統(tǒng)阻抗（以電阻表示）密切相關(guān)，電網(wǎng)阻抗越高，諧波電流越小。串聯(lián)式反應(yīng)器在逆變器的功率輸入下等于電網(wǎng)阻抗的增加，可以降低逆變器的諧波電流。

2.無源濾波器：安裝在變頻器電源輸入端，能夠?yàn)V除變頻器產(chǎn)生的特征諧波電流，通常能使THID<10%，甚至5%以內(nèi)。無源諧波濾波器濾波效果好，成本低，可靠性高，是解決變頻器諧波電流問題的理想設(shè)備。

3.有源濾波器：通過檢測(cè)出變頻器發(fā)出的諧波電流成份，然后向電網(wǎng)上注入幅度相同但是相位相反的諧波電流，使兩者對(duì)消，達(dá)到消除諧波電流的目的，其THID可以小于5%，波形接近正弦波。有源濾波器效果雖好，但價(jià)格超過變頻器本身，固在工程現(xiàn)場(chǎng)解決變頻器諧波問題時(shí)極少采用。

（二）數(shù)字濾波

在微機(jī)控制系統(tǒng)的模擬輸入信號(hào)中，常用數(shù)字濾波方法削弱或?yàn)V除干擾。通過計(jì)算或判斷程序減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中的比重，實(shí)際上是一個(gè)程序?yàn)V波。為提高效果，可把兩種或以上濾波功能的數(shù)字濾波器組合成復(fù)合濾波器，稱多級(jí)數(shù)字濾波器。

1.數(shù)字濾波主要方法有：程序判斷濾波、中值濾波、滑動(dòng)算術(shù)平均值濾波、滑動(dòng)加權(quán)平均值濾波、防脈沖干擾平均濾波、低通數(shù)據(jù)濾波。

2.數(shù)字濾波器優(yōu)點(diǎn)

數(shù)字濾波器采用軟件實(shí)現(xiàn)，不需要添加硬設(shè)備，可靠性高，穩(wěn)定性好，不存在阻抗匹配問題;模擬濾波器通常用于每個(gè)信道，而數(shù)字濾波器可以在多個(gè)信道共享，降低成本;數(shù)字濾波器可以過濾非常低頻率的信號(hào)（如0.01Hz），而模擬濾波器由于電容容量的限制不能太低;數(shù)字濾波器可以根據(jù)信號(hào)使用不同的過濾方法或?yàn)V波參數(shù)。[3]

四、解決方案

工程最后是采用模擬濾波，在氧分析儀的電源輸入端加裝一臺(tái)有源濾波器解決了氧分析儀測(cè)量跳變的問題。但我們認(rèn)為這并不是最理想的解決方法：如果采用模擬濾波，加裝一臺(tái)無源濾波器即可;若采用數(shù)字濾波，不僅節(jié)約成本，更便于維護(hù)。

五、結(jié)語

褐煤干燥裝置運(yùn)行時(shí)，如果不能很好的解決測(cè)量干擾的問題，將會(huì)直接影響設(shè)備、系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至造成危險(xiǎn)，引發(fā)事故。YKTR-9200在線順磁氧分析系統(tǒng)，可有效地對(duì)氧量進(jìn)行檢測(cè)，但實(shí)際運(yùn)行中它的抗干擾能力弱，嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性和有效性，這就需要我們?cè)诠ぷ髦胁扇〈胧┘右越鉀Q。本文為解決此問題提供了一個(gè)思路，望能給大家以有益的借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭君里，應(yīng)啟珩，楊為理.《信號(hào)與系統(tǒng)》[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]楊艷麗，陳虹，高興泉.《網(wǎng)絡(luò)化時(shí)延補(bǔ)償策略及其在三容系統(tǒng)中的應(yīng)用》[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版）.2005—23（6）.

[3]金孚安.《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)字濾波》[J].陜西經(jīng)貿(mào)學(xué)院，2000—42（8）.