交流电压变送器输出对DCS模拟量输入通道的影响分析
安福旺;苏永健;王俊飞
【摘 要】普通交流电压变送器的输出为4～20 mA,在运行过程中发现送到热工DCS后量程与变送器铭牌参数一致,但显示不正确.检查时发现变送器输出无交流电压,输出对地交流电压为85 V左右.在变送器内部加装小型信号隔离器后,输出对地交流电压为4.5 V左右,解决了热工DCS显示不正确的问题,保证了DCS模拟量通道的安全.
【期刊名称】《内蒙古电力技术》 【年(卷),期】2011(029)004 【总页数】3页(P101-103)
【关键词】交流电压变送器;DCS模拟量通道;交流电压;信号隔离器 【作 者】安福旺;苏永健;王俊飞
【作者单位】内蒙古京泰发电有限责任公司,内蒙古 准格尔 010300;内蒙古京泰发电有限责任公司,内蒙古 准格尔 010300;内蒙古京泰发电有限责任公司,内蒙古 准格尔 010300 【正文语种】中 文 0 引言
随着现代工业自动化程度的提高，变送器的应用也越来越广泛，但在变送器的使用过程中，很容易忽略变送器输出电压或电流的稳定性和安全性问题。交流电压变送
器是众多变送器中的1种，输入端一般接在电压互感器的副边，输入电压为交流100 V，输出为直流4~20 mA模拟量，直接送至DCS模拟量输入通道，将现场的实际电压值及时准确地显示在监视画面上。但DCS模拟量输入通道需要弱电输入，当交流电压变送器的输出端有很高的交流电压时，不仅DCS显示不准确，而且直接威胁着DCS模拟量输入通道的安全。一旦该交流电压串接到相邻通道，很可能将整块通道板损坏，影响发电厂的正常监视和运行，并造成一定的经济损失。在变送器的输入端增加1个小型信号隔离器后，能很好地抑制直流输出中的交流分量，保证输出的准确性和安全性，正确地反映现场设备的运行工况和状态。 1 交流电压变送器工作原理[1]
交流电压变送器的作用是将被测量的交流电压变换成与之成线性比例的直流电流或直流电压。图1为交流电压变送器的原理接线图，输入交流电压经电压互感器降压后，由桥式电路进行全波整流，再经R、C电路滤波后，输出随输入电压线性变化的直流电压。
（1）交流电压变送器电压互感器的铁心采用电工硅钢片制成，在磁化曲线起始部分，互感器二次侧感应电压是非线性的。但由于被测交流电压变化范围总是在额定值的±20%左右，因此电压互感器一般不会使用在磁化曲线的起始部分，交流电压变送器就不必采用线性补偿电路。
（2）在二极管V1—V4组成的全波桥式整流电路中，由于交流电压变送器承受的过载冲击较小，因此每个桥臂只用2个二极管串接组成。 图1 交流电压变送器原理接线图
（3）电阻R1起降压作用，因此电压互感器体积可设计得小一些；另外，R1可用来改变电压互感器一次电流的大小，也就是改变互感器磁化电流的大小，在一定程度上可调整输出直流电流与输入量之间的线性关系。
现场交流电压变送器输入交流电压的量限一般为0~60 V或0~120 V，输出直流
电流为4~20 mA，直流电压为0~5 V。
2 交流电压变送器输出中交流分量产生的原因及解决方法 2.1 仪表和设备之间传输相互干扰
在电厂生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，它们之间的信号传输既有mV级、mA级的小信号，也有几十V，甚至几千V、几百A的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等。监控系统构成后，发现仪表和设备之间传输相互干扰，造成系统不稳定甚至误操作。其原因除了仪表、设备本身性能（如抗电磁干扰影响）不同，还有个重要原因就是各种仪器设备都要求接地，例如为了安全，机壳需要接地；为了使电路正常工作，系统要有公共参考点；为了抑制干扰加屏蔽罩，屏蔽罩需要接地。但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差 （各设备的共地点不同），因而形成“地环流”、“接地环路”，这是在系统信号处理过程中必须要解决的问题。如图2所示，A点为被测信号的接地点，B点为测试系统的接地点，由A点经信号线到测试系统，通入B点，并由此进入大地回到A点，就形成地环流。地环流的地测试信号形成干扰，当环流很大时，致使A、B 2点出现很高的共模噪声电压，并通过分布参数耦合到信号线，或直接连接到电平信号线上，产生很大的串模干扰，甚至损坏接口电路及设备。 图2 接地环路形成示意图 2.2 解决干扰的方法
干扰的3要素是干扰源、敏感源和耦合路径。一般干扰源和敏感源无法解决，通常是从耦合路径入手，如加屏蔽、加滤波等，具体有以下3种方法。 2.2.1 设备不接地
现场设备不接地，使所有过程环路只有1个接地点，不能形成回路。这种方法看似简单，但实际应用中往往很难实现，因为有些设备要求必须接地才能保证测量精度或人身安全，有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。
2.2.2 接地点电势相同
使2接地点的电势相同，但由于接地的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方法在实际中也无法做到。 2.2.3 使用信号隔离器
在各个过程环节中使用信号隔离器，断开过程环路，同时又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决接地环路的问题，见图3所示。 图3 使用信号隔离器示意图 2.2.3.1 信号隔离器的优点
在各个过程环路中使用信号隔离的方法：可以用DCS隔离卡件或者现场带的隔离变送器，也可以用信号隔离器来实现。比较起来，用信号隔离器有以下优点：采用信号隔离器+非隔离卡件通常比采用隔离卡件价格便宜；在隔离能力、抗电磁干扰等方面，信号隔离器比隔离卡件性能更加优越；信号隔离器应用灵活，而且还有信号转换和信号分配及接口转换等功能，使用起来更加方便；信号隔离器通常有单通道、双通道，通道间相互，构成系统的配置、日常维护更加方便。 2.2.3.2 信号隔离器的工作原理[2]
首先将变送器的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理，保证变换后的信号、电源、地之间绝对。 2.2.3.3 信号隔离器的功能[3]
保护下级的控制回路；削弱环境噪声对测试电路的影响；抑制公共接地、变频器、电磁阀及不明脉冲对设备的干扰，同时对下级设备具有限压、限流的功能。 3 交流电压变送器输入端加装信号隔离器后的效果
在未加装信号隔离器前，4~20 mA输出端对地的交流电压为85 V左右；安装信
号隔离器后测试到的对地交流电压仅为4.5 V左右，很好地抑制了干扰，解决了输出不准确、不稳定的问题，提高了数据实时监视的可靠性，保证了DCS输入通道的安全。 4 结语
在交流电压变送器输入端加装信号隔离器后，输出端的交流分量很小，为4.5 V左右；4~20 mA输出更加稳定；抗电磁干扰等方面性能更加优越，DCS显示正常，保证了DCS模拟量输入通道的安全。 [参考文献]
【相关文献】
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