变频器低频干扰对温度传感器数据采集的影响（上海海洋石油局钻井分公司勘探六号）摘要：勘探六号共有三台泥浆泵，每台泵配两台变频电机，在使用过程中，每个泵经常会出现高温报警，以至于经常停机。为彻底解决这一问题，我们反复测试，最终确认是虚假报警而不是真实的高温报警。在测试过程中发现并非整个转速阶段都会报高温虚假报警。只是在低泵速下才会出现，由此推断应该是变频低频段产生的谐波干扰了温度传感器数据的采集。本文将从实际情况出发，从理论上分析出依据，当然变频器谐波干扰的实际情况是复杂的，得具体问题具体分析。本文将着重这一事例，或者说仅这一种干扰情形做出理论分析关键词：变频器谐波干扰温度屏蔽低频一、问题的发生变频器是西门子的SINAMICSs120变频器。通过一个cu320用矢量带编码器的控制方式来分别控制两个功率单元，从而驱动两个变频电机。这不同于其他一拖二的配置，即一个变频器用不带编码器的矢量控制方式驱动两个电机，实际上可以理解为两个电机作为一个电机设置参数。这不在本文中展开论述。在使用泥浆泵过程中，经常会出现停机，查询报警信息，是电机高温报警。尽管在程序中加长温度的数字滤波时间，但仍然出现，效果不明显。为彻底弄清楚原因，更是担心经常性的高温对电机造成过早老化，在拖航期间，进行了仔细的排查。最终确认并非真实温度过高。二、检查的过程及数据记录首先，我们从最坏的可能出发，在没有找出真实原因前，我们假定实际就是电机高温造成的温度报警。为此我们检查了通风，因为负荷小且相对稳定运行，通风对温度显示的影响不大。检查电流在200A左右，为额定电流的20%。由此推断，电机不会过载造成高温。会不会局部高温？在测试过程中，发现两台电机的六个绕组温度显示并非一致，只要一个达到报警限制就会停机。为此，我们用测温枪对电机电枢温度多个点进行了测量，没发现异常。同时发现再开机后几十秒内就会达到报警值，停机后，几秒内就会到达正常值。由此基本排除了真实高温的可能。应该是干扰引起的。哪里来的干扰呢？我们记录了温度相关的几个参数环境温度26℃，高温报警设定温度180℃泵冲数SPM1520303550温升到达180度上升时间s102040没有到达报警值温度显示130没有达到报警值温度显示90电流值A194196200202没记录立管压力psi210220230230没记录停机后恢复到相对稳定值的时间S5666没记录从数据看，温度显示的快速上升只与泵冲数相关，尤其是在30冲之前温度显示异常升高。此后快速下降，以至于基本没影响。这也就更加排除了真实温度报警的可能。这也是为什么在实际应用中有时出现高温报警，多数在正常钻井时基本不出现，因为正常钻进时，多数工况泵冲都在30冲以上。三、原因分析以及问题的解决下图是电机的铭牌参数1、从GE电机铭牌可知，变频电机是H级绝缘，极限温度在180度。DCS控制中设定的是180度报警，190度跳闸停机。考虑到电动机温升的8℃定理，即，当电机温升不超过极限温度时，绝缘寿命可达15到20年，而每超过8到10度绝缘寿命就会下降一半。所以我们首先排除了真实温升造成的停机。2、额定转速对应的额定频率为153×800/3000=40.8,这个数值与变频器参数额定的输入值是一致的。泥浆泵的额定泵冲数SPM为105，30冲对应的频率为40.8×30/105=11.657Hz.也就是说，在低于12Hz以下的低频区域使温度显示的数值显著增大。3、谐波产生的根本原因是由于非线性负载或者说是非电阻性负载所致。或者更广泛的说只要非正弦波波形都会存在谐波。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，或者输出的电流本身就不是标准的正弦波，如SPWM调制后输出波形，就形成非正弦电流，从而产生谐波，如下图所示。谐波产生的基本理论是根据法国数学家傅立叶（M.Fourier）分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。从上图也可以看出，低阶谐波比高阶谐波强度更大，随着谐波阶次的增...