化工企业现场电气自动化仪表干扰问题分析与抗干扰措施研究

王吉祥   140203199608083951

摘要：化工生产现场复杂电磁环境容易对电气自动化仪表形成各类干扰，造成仪表信号偏移数据失真，直接影响化工装置运行稳定性与生产安全。从干扰产生来源开展归类剖析，梳理电源信号接地工艺环境等多方面的干扰诱因，结合化工现场工况条件，从干扰源管控信号传输优化接地系统改造等维度提出抗干扰处置手段，为化工企业自动化仪表可靠运行提供技术参考。

关键词：化工企业；电气自动化仪表；电磁干扰；信号传输；抗干扰措施

引言：化工行业生产装置连续化程度不断提升，电气自动化仪表承担工况参数采集信号反馈以及联锁保护的关键职能，仪表运行状态直接决定整套化工装置的安全可控水平。化工现场大功率电气设备密集，介质腐蚀高温振动等工况条件复杂，多重因素共同构成仪表的干扰诱因，各类干扰会引发测量异常联锁误动作等风险。不少企业重视仪表硬件选型，却忽略现场干扰因素的系统性治理。系统梳理化工现场仪表干扰成因，研究适配工况的抗干扰实施对策，对保障化工装置平稳生产具备现实意义。

1化工企业电气自动化仪表主要干扰来源解析

1.1电磁辐射类干扰源影响分析

化工生产现场分布大量变频器大功率电机高压配电设备，设备启停与持续运行过程会向外辐射交变电磁场，形成电磁辐射类干扰。自动化仪表的信号线、传感器元件处在辐射场覆盖范围之内，交变磁场会在信号回路内部感应生成额外噪声信号，叠加到正常测量信号之上。干扰强度会随着仪表线缆与大功率设备的距离发生变化，辐射干扰不会直接损坏仪表硬件，但会造成模拟量信号漂移，导致DCS系统获取到的温度压力液位等参数出现随机波动，干扰严重时还会触发系统误报警，扰乱化工生产装置正常工况判断。

1.2信号传输回路耦合干扰分析

仪表信号传输回路是干扰侵入的重要途径，电容耦合与电感耦合会把现场各类噪声引入仪表信号链路。不同功能线缆混合敷设是诱发耦合干扰的常见诱因，动力电缆和仪表信号电缆共同走线，动力回路产生的交变电场磁场会耦合至弱信号线缆。长距离信号传输进一步放大耦合干扰的影响程度，部分现场信号线屏蔽层敷设处置不到位，屏蔽结构没有发挥应有的隔离效果。耦合干扰会改变原始模拟信号幅值，造成采集数据和现场实际工况出现偏差，干扰具备隐蔽特征，故障现象会随设备运行状态动态变化，增加故障排查的工作难度。

1.3接地系统不规范带来的电位差干扰分析

接地系统承担仪表安全防护与信号基准电位稳定的功能，接地处置不规范会形成不同接地点之间的电位差，进而引入地环路干扰。化工现场多台仪表、控制柜分散设置，各个接地点土壤电阻存在差异，大电流设备工作的时候地电位会发生浮动，不同点位电位不一致就会在屏蔽线缆以及信号回路内部形成环流。地环路产生的叠加信号会篡改仪表测量输出，很多故障并不是仪表本体硬件损坏，而是接地网络布局不合理，运维检修阶段容易误判为传感器故障，盲目更换仪表器件无法消除电位差带来的干扰影响。

2化工现场电气自动化仪表干扰造成的现实危害

2.1测量数据失真影响工况研判

各类干扰侵入仪表系统之后首要表现就是测量数据失真，温度流量压力等工艺参数出现漂移跳变。自动化控制系统依靠仪表采集数据开展工况研判，失真的数据无法真实反映反应器换热器管线内部实际运行状态。工艺操作人员参考异常显示开展操作调整，容易做出偏离实际工况的判断，干扰程度较轻时表现为数据小幅波动，干扰严重时参数完全脱离合理区间，增大工艺操作失误的发生概率，间接给连续化工生产埋下运行隐患。

2.2触发控制系统误报警与虚假联锁动作

化工装置大量安全联锁逻辑依托自动化仪表的信号作为触发条件，干扰造成的异常信号会触发系统虚假报警，频繁的无效报警会弱化操作人员对真实风险信号的敏感度。干扰强度达到一定阈值还会直接触发联锁保护执行机构动作，造成调节阀误动作设备非正常停机。化工连续生产装置非计划停机不仅会带来物料损耗生产效益损失，部分高危化工工艺工况突变，还会进一步衍生泄漏超温超压等安全生产风险，对现场人员与装置设备形成安全威胁。

2.3加速仪表内部器件老化降低设备服役周期

持续的干扰信号会让仪表内部电路板信号元件长期处在异常电气环境，噪声电压反复冲击芯片与采样元器件，加速电子器件性能衰减。虽然短时间不会出现明显硬件损坏，但会逐步降低仪表抗扰动阈值，让仪表对环境干扰变得更加敏感。化工现场本身伴随高温腐蚀振动等恶劣工况，多重条件叠加会缩短传感器与控制器的实际服役寿命，提高仪表故障发生频次，增加企业仪表备件消耗与现场运维检修的工作量。

3电气自动化仪表针对性抗干扰治理实施措施

3.1管控现场干扰源削弱电磁辐射的产生强度

从源头对各类电磁干扰源开展管控，合理规划大功率电气设备的安装位置，尽可能拉大强电设备与仪表传感器以及信号采集单元的空间距离。优化变频器、大功率电机等设备本体的滤波配件配置，降低设备运行向外辐射的电磁噪声。做好电气设备日常维护检修，及时处置设备接线松动电弧放电等异常工况，减少间歇式电磁辐射的生成。结合化工装置改扩建同步评估新增电气设备对周边仪表的影响，在前期设计阶段完成布局优化，从源头降低辐射类干扰对自动化仪表系统的影响程度。

3.2优化仪表信号传输线路的敷设与屏蔽处理

优化仪表信号线缆敷设方案，严格区分动力电缆与仪表信号电缆的走线通道，实现强弱电线缆分槽分桥架布设，减少耦合干扰的传播路径。仪表模拟信号线缆统一选用带完整金属屏蔽层的专用线缆，屏蔽层按照工艺规范做好单点接地处理，规避多点接地诱发地环路问题。控制信号线缆敷设总长度，减少不必要的线缆迂回走线，线缆接头位置做好防护密封，降低外部噪声从接头缝隙侵入回路的概率。结合化工现场腐蚀环境做好线缆外层防护，避免屏蔽层被介质腐蚀破损，保障屏蔽结构可以持续发挥隔离作用。

3.3完善接地系统并配套软硬件协同抗干扰手段

重新梳理优化自动化仪表整套接地网络，区分保护接地、工作接地、屏蔽接地，合理设置接地极，降低接地电阻，消除不同接地点之间过大的电位差，阻断地环路干扰形成条件。硬件层面在仪表信号输入端配置信号隔离器、滤波器，过滤混入信号回路的噪声干扰。软件层面在控制系统内部设置信号滤波算法，对跳变异常信号做甄别处理，合理设置报警与联锁的延时判定逻辑，规避瞬时干扰带来的虚假动作。同时建立常态化仪表巡检机制，定期检查接地状态屏蔽线缆完好程度，保障各类抗干扰措施能够长期发挥实际效用。

结束语：化工现场复杂工况之下电气自动化仪表会遭受电磁辐射回路耦合接地电位差多重类型干扰，干扰会带来数据失真虚假联锁器件加速老化等多重危害。只有兼顾源头管控线路优化接地改造软硬件协同等多个维度，系统落实抗干扰治理手段，才可以降低各类干扰对仪表系统的负面影响。企业不能只聚焦仪表硬件选型，应当重视现场电磁环境治理，把抗干扰管控融入设计安装运维全流程，保障化工企业自动化仪表长期稳定可靠运行。

参考文献：

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