基于信号隔离器的抗干扰瓦斯泄漏在线监控系统研究

陈东峰

摘 要：本文针对瓦斯泄露在线监控系统运行过程中存在电磁干扰问题，进行了分析研究和试探，最终形成了一种基于信号隔离器的抗干扰瓦斯在线监控系统。

关键词：信号隔离器;电磁干扰;瓦斯泄露监控

0 前言

我公司一新建瓦斯发电项目采用井下瓦斯进行发电，瓦斯属于易燃易爆气体，燃机厂房处于一个相对密闭的空间，瓦斯泄漏实时检测装置就成为人员、设备安全的重要保障，故在项目设计时燃机厂房内布置有瓦斯泄漏在线监测探头32个，用于实时在线监测燃机间内的瓦斯泄漏情况，异常情况下，由监控主机联动机组停机，关闭供气阀门，开启轴流风机等安全应急措施。该套泄漏监测监控系统投运后，有部分瓦斯探头出现报警现象，使用便瓦检仪就地测量，并无瓦斯泄露状况，监控主机控制器仍偶尔出现告警和误动，通过检查线路、机柜接地等状况均符合相关设计要求。经过反复观察和试验，告警主要出现在燃机厂房轴流通风机的启/停、变频控制等操作过程中，初步判断为燃机间轴流通风机变频控制所发出的强电磁干扰是造成仪表不正常的直接原因。

1 原因分析

影响仪表检测电路的主要干扰源是现场强电磁场和供电电源的波动，后者对仪表的影响较小且较容易克服，主要是电缆选型与敷设、屏蔽接地等方面按照设计规范进行，即可将电源波动干扰控制在较低的水平，对仪表的测量精度几乎不造成影响。而前者即强电磁场的干扰则对仪表的干扰较大且不容易克服，这类干扰是因电磁感应而在仪表的回路中产生感应电压，进而影响仪表电路的正常工作或程序的正常运行。产生电磁干扰必须要满足三个方面的条件：第一，干扰源，此系统，通风机变频控制所发出的强电磁信号为干扰源;第二，完整的干扰路径，轴流风机变频控制线缆与瓦斯泄漏检测系统线缆同处于一条电缆沟;第三，对电磁干扰敏感的系统，瓦斯泄漏检测系统为敏感且被干扰的系统。以上三个条件在瓦斯泄漏检测系统中完全符合。

2 整改方案的研究与实践

对于此类的电磁干扰，一般的仪表均采取一定的抗干扰措施，主要是在仪表回路中加入滤波电路，采用带通滤波器或者是带阻滤波器，有选择地将干扰信号阻断或旁路排除掉。这类电路大多是针对固定的干扰频率，如工频干扰起作用，可以阻断或滤除工频干扰及其高次谐波。但滤波回路对频率变化的强电磁干扰效果不明显。虽然现在部分先进的智能仪表具有数字滤波功能，可以有选择地滤除一定频率的干扰信号，但仍是根据设定的时间常数，对固定的干扰频率起作用，对于变化的干扰频率还是无能为力。而变频器运行时所产生的电磁干扰正是超过工频范围而且变化的强电磁干扰，针对此类问题则需采取仪表外的现场抗干扰措施，进行如下试验：①在仪表回路中增加滤波磁环，将干扰信号阻断或旁路掉，试验无效果;②信号电缆采用屏蔽电缆，并将屏蔽层单点接地，系统已采用合格屏蔽电缆，并进行单点接地，接地电阻符合要求;③在变送器的输出信号端子上并联电容和在输出信号线对地并接电容，无效果。针对上述试验的失败，最后尝试引入信号隔离器，进行干扰信号的抑制。经安装、调试，在同等条件下进行试验8路瓦斯探头，已加装隔离器的探头无异常报警，同时使用3%VOL浓度的标准气体模拟瓦斯泄漏，通道也正常工作。根据隔离器的原理可知，隔离器实现了输入对输出对电源对地的四端三重隔离，使得检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力大大增强，从而提高了可靠性。

3 系统完善

供电方面处理：因隔离器对负载可分为供电式和非供電式两种，供电式隔离器输入端可为负载提供24V+电源，信号+，共用地，非供电式只提供两线制信号端口，两种类型的隔离器输出都为信号的+、-。因供电式隔离器驱动负载能力有限，达不到驱动探头的能力，故本次应用采用了非供电式隔离器，探头的工作电源单独通过外部电源来进行提供。信号方面处理：瓦斯探头采用三线制工作方式，即24V+、SIG+、GND，因特有的共用地形式，故在外接电源24V+输出后直接与现场瓦斯探头POW+相接;开关电源24-输出后与隔离器IN-和瓦斯探头GND并联相接，一方面为瓦斯探头提供电源-，一方面为隔离器提供信号-;瓦斯探头输出信号+（SIG）直接进入隔离器IN+。探头正常工作时4～20mA信号进入隔离器进行信号隔离后通过OUT+、OUT-输出至控制器SIG和GND，完成了整个信号的传输。整个系统见下图1。

4 结语

通过实践和现场应用，形成了基于信号隔离器的抗干扰瓦斯在线监控系统，不仅有效解决了瓦斯监控系统电磁干扰问题，也为其他控制回路的电磁干扰消除提供了借鉴意义。