电力系统自动化设备的电磁兼容技术.doc

1、电力系统自动化设备的电磁兼容技术摘要：本文阐述了电力系统自动化设备的电磁兼容的特殊性, 着重指出了在产品设计和开发过程中遇到电磁兼容问题时应对的手段，同时预测了对电力系统自动化设备的电磁兼容的最新动向。 关键词：电力自动化；电磁兼容 中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号： 1、引言 随着电力系统自动化设备的迅猛发展和在电力系统的广泛应用, 电力系统自动化设备的电磁兼容问题显得越来越突出。特别是电力系统继电保护、通信、控制和测量领域中应用的计算机系统(包括单片机系统) , 电磁兼容问题更为突出。 电力系统中微机型产品的应用愈来愈广泛，并已成为电力系统自动化控制类产品的发展方向。但

2、是电力系统是一个非常复杂的系统，其电磁环境亦非常恶劣，以微处理器为核心的微机型产品很容易受到这些电磁干扰而导致误动、拒动、数据丢失或死机等故障，给电力系 统的安全经济运行带来非常严重的事故隐患。因此，在这里针对电力 系统中的电磁兼容问题作一讨论很有必要。 2、电力系统自动化设备电磁兼容问题 2. 1 电力系统自动化设备电磁干扰的来源 由于电力系统本身是众多一次系统设备和二次系统设备的集合体, 因此电力系统自动化设备作为二次系统设备的一部分, 其电磁干扰的来源十分复杂。外来电磁辐射、一次系统设备、二次系统设备、二次系统设备之间、自动化设备内部元件之间、各传送通道间的电磁干扰均对自动化设备产生干扰

3、与破坏。 2. 2 电力系统自动化设备的微机系统(包括单片机系统) 电磁兼容的特殊性 (1) 电力系统自动化设备均包含有以微机系统为核心的大规模数字电路和模拟电路, 其中应用最多的是二极管、集成电路块、微分电路、AD 转换电路、DA 转换电路, 他们既是干扰源, 又是对干扰的敏感器件, 尤其以 CMO S、DA 最为敏感。 (2) 脉冲干扰是研究的重点, 因为微机系统以识别二进制码为前题的, 其组成以数字电路为主,数字电路传送的是脉冲信号, 同时也易对脉冲干扰敏感。以开关模式工作的开关及开关电源变化频率高达几十万赫, 容易在内外产生脉冲干扰。 (3) 干扰信号在微机系统表现的形态有差模与共模两

4、种形态。电磁干扰侵入微机系统的主要途径有电源系统、传导通路、对空间电磁波的感应三方面(包括内部空间的静电场、电磁场的感应) 。其中静电场、电磁场的感应在微机系统内部普遍存在, 静电是 CMO S 电路的大敌。由于微机系统工作于低电压大电流方式(5V、几百安) , 电源线、输入输出线构成高速大电流回路, 故有较强的电磁应。 (4) 对电源影响比较敏感。电源对电子系统的影响有电源波动影响和系统作用影响两个方面。所谓电源波动影响是指由于电源波动引起的信号紊乱和系统失调。系统作用影响是指因电源是系统所有信号的交叉点而引起的系统各信号之间的相互影响。系统作用的大小与电源功率裕度、滤波能力及电源连线方式、

5、分布形状有关。 (5) 微机系统之间的系统内部传输线有延时、波形畸变、受外界干扰等三方面问题。 3 、电磁干扰对策 3.1 硬件抗干扰 在方案设计、结构设计、电路与线路板设计、电缆设计等四个方面进行相应的安排。 3 . 1 . 1 方案设计 (1) 设计接口电路，尽量使用平衡电路，必要时可以在接口电路上使用隔离变压器、光耦合器件等提高抗共模干扰的能力。 (2)明确所开发的设备或系统要满足的电磁兼容标准。 有时根据用户的要求或实际情况（ 例如，周围有高灵敏度的接受机，或产生强干扰的设备） ，需要提出专门的电磁兼容要求。 (3)电路中尽量避免使用高速的脉冲信号，脉冲信号的上升/ 下降沿尽量平缓，模

6、拟电路的带宽尽量窄。 (4)根据系统工作原理和地线设计原则，画出系统地线图，不同性质的电路使用不同的地线，不同的地线用不同的符号表示。 (5) 确定需要采取那些干扰抑制措施，例如屏蔽、滤波等，需要屏蔽的效能和滤波性能（包括频率范围、衰减量等） 。 (6)尽量使用大规模集成电路，这样可以获得很小的环路面积，提高抗扰性和减少发射。 (7)确定系统中的关键电路部分，包括: 强干扰源电路、高度敏感电路，考虑对这些电路采取隔离措施（局部屏蔽、滤波） 。 3 . 1 . 2 结构设计 (1)首先确定制造屏蔽机箱的材料，看是否有低频磁场的屏蔽要求，如果没有，可以选择铜、铝、钢等常用的材料做屏蔽材料。如果有，

7、需要采用合金等高导磁率的材料。 (2)进出屏蔽机箱的电缆是否采取了措施，例如屏蔽或滤波（屏蔽一般对频率较低的干扰作用较好，高频时效果取决于屏蔽电缆的结构和屏蔽层的端接方式） ，电缆的屏蔽层与电缆两端的机箱是否满足“哑铃模型”的要求。 (3)对于传输频率较低的信号的电缆，或一端没有屏蔽屏蔽体的电缆，在电缆端口处采用滤波是最好的解决方案。 (4)显示窗口的处理:如果使用屏蔽玻璃，在屏蔽玻璃与机箱之间必须使用电磁密封衬垫。 (5)对静电放电路径附近的敏感电路进行电磁屏蔽，屏蔽层接到电路地上。 (6)如果使用了滤波连接器或滤波阵列板，在它们与机箱之间要安装电磁密封衬垫。 (7)电源线滤波器的外壳要直接

8、搭接在金属机箱上，电源进线要尽量短。 (8)机箱上的缝隙或孔洞应尽量远离强辐射源（例如导线、电缆、线路板等）或敏感电路。 3.2 软件抗干扰 ( 1 ) 数字滤波 数字滤波主要是数据采集误差的软件抗干扰措施。数字滤波实质上是一种程序滤波，即通过一定计算程序，对采样信号进行平滑加工，减少干扰在有用信号中的比重。 ( 2 ) 看门狗电路 看门狗实际上是一个软件监视系统，通常利用软件定时器或硬件定时器的中断，在中断程序中查询某个设定的标志，若标志不为零，则清零或减 1 后退出;若标志为零，则执行复位指令或转向出错处理程序，在出错处理中完成各种善后工作，再使系统复位。在系统程序中根据要求的监视时间的长

9、短设置标志，一旦程序未能在给定时间内重置标志，就会导致系统复位。 ( 3) 空指令 空指令是指在一些对程序流向起着决定作用的指令及对系统工作状态起至关重要的指令前面，人为地插入几条空操作指令，以保证跑飞的程序能重返正常轨道以实现指令冗余。 4、电力系统自动化设备电磁兼容问题的新动向 微机系统是电力系统自动化设备的核心部分。随着计算机技术的高速发展, 电力系统自动化设备必将向着高速度、高灵敏度、小型化、多功能、大系统的方向发展, 这就使电力系统自动化设备电磁兼容问题有了一定的新内容。例如, 高速度带来宽带噪声, 高灵敏度使原可略去的弱小干扰信号不可忽略, 小型化增加了内部的耦合干扰, 大系统使干

10、扰源增多, 干扰问题更为恶化。预计今后的电磁兼容性将涉及如下问题: (1) 数字逻辑电路与软件技术的微妙结合, 正成为抑制干扰的有利武器。软件的应用将占越来越大的比重。例如, 利用错误纠正码的软件手段检查并纠正错误, 是去掉进入系统后的干扰的危害或切 断干扰的有力手段; (2) 集成电路元件的封装材料含有微量的天然放射性同位素钍和铀, 它们的原子裂变将产生 A 射线, 使存储器误动作。因此, 要从元器件的制造技术和系统的制造两个方面考虑电磁兼容的设计问题; (3) 在抗静电干扰措施中, 用“分布式的静电保护涂覆”弥补静电保护的不足。在 CMO S、A D 等芯片板及印制电路板的接头上作静电涂覆

11、, 取得了很好的效果; (4) 采用光纤电路抗电磁脉冲干扰被认为是最理想的途径。目前, 光纤通讯已进入电力系统自动化设备的实用阶段, 随着纤维光学和光计算机技术的发展,电力系统自动化设备的电磁兼容技术必将提高到一个新的阶段。 结语 随着电力系统自动化设备的广泛应用, 电磁兼容技术问题越来越突出, 必须充分注意并加以研究。当前的首要工作是要大力推广现有的、成熟的电磁兼容技术, 建立完善的试验、测试制度和检验标准, 培养专门的研究电磁兼容技术的人才, 研究电磁兼容技术的新问题、新方向, 促进电力系统自动化设备电磁兼容技术的大力发展。 参考文献: 1 杨吟梅. 变电站内电磁兼容问题（三）电磁敏感性试验J.电网技术,1997,(04). 2邬雄, 张文亮. 电力系统电磁环境问题J.高电压技术,1997,(04).