綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的抗電磁干擾

摘 要：針對綜合自動(dòng)化系統(tǒng)電磁干擾的問題，本文從干擾源、傳播途徑及后果等方面進(jìn)行了分析，提出了：減少耦合途徑；提高裝置本身抗電磁干擾能力；信號電纜盡可能避開電力電纜；采用不間斷電源UPS等措施，提高綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 干擾源 傳播途徑 電磁干擾措施

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0111-02

高壓電器設(shè)備的操作、短路故障等將會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，引起自動(dòng)化系統(tǒng)的非正常工作。為了減少電磁干擾對綜合自動(dòng)化系統(tǒng)工作性能的影響，因此，需要對綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的存在的電磁干擾能力進(jìn)行相應(yīng)的分析。

1 干擾源分析

1.1 內(nèi)部電磁干擾

主要由元件布置、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝等引起。由電容引起的不同信號感應(yīng)、雜散電感；長距離線路傳輸形成的反射波；多點(diǎn)接地形成的電位差干擾；尖峰信號和寄生振蕩引起的干擾等。

1.2 磁場電磁干擾

工頻、脈沖、輻射、阻尼振蕩磁場。

1.3 瞬變和高頻的干擾

這就是由雷電、電感負(fù)載斷開、開關(guān)斷口重燃等方面的原因所引起的頻率上的各種振蕩波；再由雷擊、熔斷器斷開低壓線路、切除短路故障等方面的原因引起的各種浪涌。

1.4 電源擾動(dòng)

由大負(fù)荷變化引起的幅值不超過10%的電壓波動(dòng)；由電弧和電焊這些方面造成的間諧波；對電力線路中載波設(shè)備等方面對其造成附加信號上的擾動(dòng)；由故障切除、短路、重合閘、大負(fù)荷突變等引起的電壓出現(xiàn)中斷或者突降；同時(shí)由系統(tǒng)中的高頻爐、用電設(shè)備等造成的諧波污染等。

2 干擾的傳播途徑及后果

電磁干擾可以通過傳導(dǎo)和輻射干擾兩個(gè)途徑入侵RTU，而這兩者之間存在相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系。共阻抗、電容性、電感性、輻射耦合是電磁干擾耦合的途徑主要幾種。高頻率、大幅度、陡前沿是電磁干擾的共同特點(diǎn)，是通過分布電感耦合或各種分布電容到綜自系統(tǒng)中去。電磁干擾將造成以下幾種后果。

（1）干擾開關(guān)量輸入通道使開關(guān)跳、合閘出口回路誤動(dòng)，對刀閘、開關(guān)分、合等位置判斷錯(cuò)誤。

（2）干擾模擬的量在輸入通道時(shí)，使通道內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)而引起了元器件的損壞，微機(jī)上的保護(hù)誤動(dòng)，或者影響到采樣的精度以及計(jì)量上的準(zhǔn)確性能。

（3）計(jì)算機(jī)在工作上出現(xiàn)死機(jī)和不穩(wěn)定現(xiàn)象是由干擾電源回路造成的。

（4）自定裝置無法工作是通過干擾數(shù)字電路和CPU等方面導(dǎo)致的。

所以說采用合理的抗干擾的手段和措施是有必要的。

3 電磁干擾的措施

一次、二次系統(tǒng)是一個(gè)整體系統(tǒng)，它們既密切相關(guān)，又相互影響。如不采取一次系統(tǒng)控制電磁干擾的措施將會(huì)對二次回路造成很大干擾，所以，應(yīng)對一、二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)一進(jìn)行考慮。抑制或消除電磁干擾主要從三個(gè)方面進(jìn)行著手，即降低對干擾的敏感程度；切斷電磁耦合途徑；抑或制消除干擾源。對于綜自系統(tǒng)來說，應(yīng)把重點(diǎn)放在前兩個(gè)方面。

3.1 降低干擾源的影響，減少電磁耦合途徑

綜自動(dòng)系統(tǒng)外部干擾產(chǎn)生的是不易消除的。如果想降低干擾源，可以通過減少電磁耦合的方法來實(shí)現(xiàn)。

電腦及其組件工作時(shí)，連接電位的變化是產(chǎn)生干擾的重大原因之一，因此安全的系統(tǒng)接地是抑制干擾的重要程序。要把防雷、保安為第一要?jiǎng)?wù)，在引入可變大電流的地方多設(shè)幾根接地線路并加密。（此舉是為了降低瞬間變大電流后引起的電位升高和電位差）如果要想解決很多干擾問題，必須要使接地電阻足夠小及接地網(wǎng)設(shè)計(jì)合理。

系統(tǒng)應(yīng)使用帶有屏蔽層的控制電纜，且屏蔽層要可靠接地。電流回路中的三相中線和相線應(yīng)使用同一根電纜，以防較大的感生電壓和電流對電纜的安全和絕緣造成嚴(yán)重影響。當(dāng)在屏蔽層中有一點(diǎn)接地時(shí)，電壓將為零，有效減少了感應(yīng)電壓；當(dāng)在屏蔽層中有兩點(diǎn)接地時(shí)，感應(yīng)電流與磁通相互中和，有效降低了磁場藕合感應(yīng)電壓。為減少感應(yīng)耦合，鋪設(shè)控制電纜時(shí)要盡可能遠(yuǎn)離母線并盡可能減少平行度，同時(shí)還要遠(yuǎn)離避雷器及避雷針接地點(diǎn)。

3.2 提高裝置抗干擾能力

（1）裝置的機(jī)柜和機(jī)箱的輸入端子對地接入一個(gè)耐高壓的小電容，可以抑制外部高頻干擾。

高頻干擾都是通過端子串入的，當(dāng)高頻干擾到達(dá)端子時(shí)，通過電容對地短路，避免了高頻干擾進(jìn)入自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部。

（2）裝置的機(jī)箱和機(jī)柜應(yīng)可靠接地。

綜自系統(tǒng)的接地方式分為工作和安全兩種。安全接地是指外殼接地，一般與一次設(shè)備共用接地網(wǎng)。安全接地主要是為防止工作人員因絕緣降低而遭遇觸電危險(xiǎn)，及設(shè)備絕緣損壞時(shí)保證設(shè)備的安全。為降低瞬變過電壓，應(yīng)盡可能使接地線可靠和短，且要良好地連接在槽鋼上，并焊接在地網(wǎng)上。

（3）模擬量輸入抗干擾措施。

模擬量抗干擾措施的另外一種手段是濾波（分硬件濾波和軟件濾波）。全自動(dòng)智能裝置采集的模擬量，大部分來自一次系統(tǒng)的電壓、電流互感器，經(jīng)過設(shè)置在智能化系統(tǒng)交流輸入回路中的隔離變壓器隔離，這些隔離變壓器之間有屏蔽隔離層，保障了接地安全，效果良好。抗干擾除了模擬外還有另一種方法就是濾波，濾波又分硬件和軟件。硬件濾波是指模擬量輸入回路經(jīng)過一個(gè)硬件濾波器，吸收差模浪涌，以防止頻率混迭。按照頻率將硬件濾波器分為：帶通、高通和低通濾波器。按硬件種類將濾波器分為：RC、電感和電容濾波器。軟件濾波不需增加硬件設(shè)備，調(diào)整參數(shù)方便，且濾波范圍、可靠性、穩(wěn)定性等均較好，得到了廣泛的應(yīng)用。

（4）數(shù)字量輸入、輸出抗電磁干擾措施。

開關(guān)、變壓器檔位、刀閘位置信號是系統(tǒng)數(shù)字量的輸入主要數(shù)據(jù)。為取得良好效果，可將輸入經(jīng)過繼電器觸點(diǎn)和光電耦合器隔離。為了減少外界的干擾，近年來采用了220 V直流，經(jīng)端子排和光電耦合器變換為24 V后輸入到采集裝置。針對繼電器由于觸點(diǎn)抖動(dòng)引起的信號誤動(dòng)，處理辦法是采用軟件設(shè)置去抖延時(shí)進(jìn)行判斷處理，效果明顯。另外如果條件允許的話，開關(guān)、刀閘采取雙遙信，常開接點(diǎn)和常閉接點(diǎn)配合使用，可以有效避免抖動(dòng)干擾。數(shù)字量的輸出，大多數(shù)是對斷路器、隔離開關(guān)和主變壓器分接開關(guān)的控制。主要采用出口繼電器進(jìn)行隔離，防止因干擾引起誤跳閘。

（5）裝置工作接地。

智能全自動(dòng)裝置除安全接地外，還需要可靠的工作接地。微機(jī)電源、模擬、數(shù)字、噪聲、機(jī)殼及屏蔽等，都是工作接地種類。不同地線有不同的處理方法：是浮地還是共地，是分散還是多點(diǎn)接地，是一點(diǎn)還是點(diǎn)接地，需根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮。其原則為：分開噪聲和信號；分開強(qiáng)和弱；分開數(shù)字和模擬。

保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵是提高自動(dòng)化系統(tǒng)自身的抗干擾能力，良好的抗干擾能力是系統(tǒng)在惡劣的環(huán)境中可靠運(yùn)行的保證，為主站端提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

3.3 其它因素

3.3.1 安裝布線

為了使互感耦合減少，二次接線時(shí)，不能使慮強(qiáng)、弱信號共用同一電纜；并盡可能使信號電纜遠(yuǎn)離電力電纜，且盡可能減少其平行度。

3.3.2 計(jì)算機(jī)電源

電源的斷電或無預(yù)警斷電將對計(jì)算機(jī)造成致命危險(xiǎn)，丟失數(shù)據(jù)、損壞硬盤等問題。為大力抑制干擾，可以采用在線式UPS電源，確保計(jì)算機(jī)在掉電的情況下能夠連續(xù)安全運(yùn)行。規(guī)程要求在掉電情況下，UPS容量應(yīng)能夠維持安全運(yùn)行1h（建議能夠盡量維持運(yùn)行2個(gè)h）。對于系統(tǒng)不能采用UPS電源的情況，為了濾除或屏蔽掉干擾電源，可采用隔離變壓器或電源濾波器。為防止故障造成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)掉電，可以采取將計(jì)算機(jī)電源單獨(dú)從電源母線引出。

4 結(jié)語

全自動(dòng)智能化抗干擾系統(tǒng)需要根據(jù)具體情況具體分析，綜合考慮，其中，最重要的一環(huán)是提高自動(dòng)化系統(tǒng)的抗電磁干擾設(shè)計(jì)。另外，為確保計(jì)算機(jī)能可靠運(yùn)行，建議用戶在購買產(chǎn)品時(shí)應(yīng)充分考慮置的抗干擾能力和運(yùn)行環(huán)境。在設(shè)計(jì)施工時(shí)，也要充分考慮各系統(tǒng)設(shè)備合理安排方位、布局、安全系統(tǒng)的安排抗干擾的能力，首先考慮有隔離和屏蔽的電纜，合理鋪設(shè)。只有安全、全面、系統(tǒng)的考慮抗干擾設(shè)計(jì)，才能保證全自動(dòng)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

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