電力系統(tǒng)中電子設(shè)備抗干擾技術(shù)研究與應(yīng)用

李杰

摘要：電力系統(tǒng)中存在有大量的電子設(shè)備。電子測(cè)控設(shè)備的測(cè)量和控制對(duì)象通常是高壓電源裝置。這些設(shè)備將受到電磁輻射、雷電沖擊和電力諧波的干擾。由于干擾的影響，電子設(shè)備的可靠性將大大降低，甚至出現(xiàn)誤操作，影響正常運(yùn)行。本文簡(jiǎn)要論述和分析了電子設(shè)備抗干擾技術(shù)在電力系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電子設(shè)備；抗干擾；應(yīng)用

任何電力系統(tǒng)都需要大量的電子設(shè)備，而電子設(shè)備的控制設(shè)備通常是集成電路系統(tǒng)。集成電路最大的缺點(diǎn)是電信號(hào)弱，控制系統(tǒng)又是一種強(qiáng)電設(shè)備，很容易發(fā)生信號(hào)干擾。電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性將受到靜電感應(yīng)、高壓輸電等的影響，使系統(tǒng)不能正常工作。隨著電子設(shè)備的不斷普及，人們?cè)絹碓街匾曤娮釉O(shè)備的抗干擾能力。因此，抗干擾技術(shù)的研究已經(jīng)變得十分重要。

一、干擾及干擾源的相關(guān)定義

電力系統(tǒng)中的電子設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)受到各種干擾的影響。干擾主要是指影響電子設(shè)備產(chǎn)生和增加誤差的所有外部或內(nèi)部因素，通常包括溫度、濕度、磁場(chǎng)等環(huán)境因素，以及電子設(shè)備本身的相關(guān)因素。干擾源一般分為外部干擾源和內(nèi)部干擾源兩部分。外部干擾源包括在控制系統(tǒng)的開口處或開縫處輻射形成的干擾、電網(wǎng)傳輸過程的干擾、輸電線路的反干擾、電力系統(tǒng)自身的輻射等。內(nèi)部干擾通常指電磁輻射、信號(hào)輻射、電力傳輸干擾等。不完善的接地電路也會(huì)造成干擾。

二、干擾的類型和傳播方式

在電力系統(tǒng)中，有較多的電子設(shè)備，一般屬于強(qiáng)電流的性質(zhì)，在工作過程中除了外部的干擾電磁波和閃電外，還有周圍的磁場(chǎng)也會(huì)影響高壓輸電線路，干擾主要分為以下類型：1.靜電干擾。靜電干擾主要是指通過電容耦合方式進(jìn)入其他電路的電場(chǎng)，電路周圍的物體會(huì)受到電荷的影響。這些電荷會(huì)影響電路，電流導(dǎo)體通過寄生電容在導(dǎo)體之間形成電容，而產(chǎn)生的電場(chǎng)會(huì)對(duì)受擾裝置產(chǎn)生耦合干擾。2.漏電耦合干擾。由于受環(huán)境影響，隨著時(shí)間的推移，電力系統(tǒng)中電子設(shè)備的性能將會(huì)下降，因此經(jīng)常出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。漏電電流是泄漏耦合干擾的主要原因。3.磁場(chǎng)干擾。在電力系統(tǒng)中會(huì)有較多的電流導(dǎo)體，如動(dòng)力線、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、繼電器等。這些設(shè)備在工作時(shí)將產(chǎn)生磁場(chǎng)，而交變磁場(chǎng)會(huì)在周圍的電路中產(chǎn)生一定的感應(yīng)電位。磁場(chǎng)的干擾是空間磁場(chǎng)互感耦合引起的干擾。4.共阻抗感應(yīng)干擾。共阻抗感應(yīng)干擾是指在電路的各個(gè)部分中，導(dǎo)體的相互阻抗和接地阻抗產(chǎn)生的干擾，這是最常見的干擾。

三、電力系統(tǒng)中干擾源的類型

在電力系統(tǒng)中有許多干擾源，包括：（1）熱干擾。在電子設(shè)備的運(yùn)行過程中，會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。熱能將會(huì)對(duì)電子設(shè)備內(nèi)部的元件產(chǎn)生干擾。通常，具有較好的導(dǎo)熱性的金屬材料被制成防護(hù)罩，以屏蔽熱能的干擾，或使用溫度補(bǔ)償元件等其他保護(hù)措施。（2）光的干擾。除熱干擾外，物理方面也有光干擾。在光照的影響下，半導(dǎo)體材料會(huì)激發(fā)出電子，半導(dǎo)體器件的電阻和電勢(shì)會(huì)發(fā)生變化。光干擾的預(yù)防通常依賴于具有光敏性的元件，而光敏元件被置于外殼內(nèi)以阻擋外部光線。（3）機(jī)械干擾。在機(jī)器的振動(dòng)和沖擊下，電力系統(tǒng)中電子設(shè)備的原件會(huì)變形，從而改變電路原有的參數(shù)。一般來說，針對(duì)機(jī)械干擾使用減震彈簧或橡膠等措施。（4）電磁干擾。電磁干擾（EMI）是指電力系統(tǒng)中由電子電路產(chǎn)生的靜電感應(yīng)所引起的干擾。使用靜電屏蔽和電磁屏蔽來抗干擾。（5）接觸噪音。接觸噪聲主要是指電力系統(tǒng)中元件之間的電氣接觸產(chǎn)生的干擾。減少直流電流的措施通常是為了避免噪聲干擾。

四、提高電子設(shè)備抗干擾技術(shù)研究

4.1屏蔽技術(shù)

屏蔽技術(shù)主要分為以下幾種技術(shù)：靜電屏蔽。電子設(shè)備中的大部分元件都是金屬導(dǎo)體，電力系統(tǒng)又同時(shí)使用接地措施，靜電場(chǎng)的電源線將在接地金屬導(dǎo)體的位置被中斷，以防止電場(chǎng)的發(fā)生。磁屏蔽，磁屏蔽主要是通過具有高導(dǎo)磁率的材料來改變干擾磁場(chǎng)的電路，從而抗干擾。電磁屏蔽，電力系統(tǒng)的屏蔽罩通常由金屬材料制成。金屬材料最重要的特點(diǎn)是導(dǎo)熱性好。電磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)將在屏蔽體中形成磁場(chǎng)的反向渦流，從而避免磁場(chǎng)的干擾。

4.2接地技術(shù)

接地技術(shù)主要包括單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和串聯(lián)接地三種方式。單點(diǎn)接地是將所有的接地線置于一個(gè)點(diǎn)上，形成一個(gè)統(tǒng)一的接地電位，以避免地面系統(tǒng)之間的干擾。多點(diǎn)式接地通常用于高頻電路和數(shù)字電路中，采用寬度較大的銅襯套作為接地母線，提高抗干擾能力。與其他兩種接地方式相比，串聯(lián)接地有許多缺點(diǎn)，但由于串聯(lián)接地的方便操作，它仍被廣泛應(yīng)用。

4.3濾波技術(shù)

濾波技術(shù)通常是通過濾波器實(shí)現(xiàn)的。因此，濾波器的質(zhì)量在電子器件的抗干擾技術(shù)中起著重要的作用。常見的濾波器包括：數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器處理信號(hào)的頻率或波形，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)，并改變信號(hào)的頻譜。數(shù)字濾波器是通過特殊的數(shù)字硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。有源濾波器。有源濾波器由被動(dòng)元件和主動(dòng)元件組成。有源濾波器最大的優(yōu)點(diǎn)是能量損耗小，體積小，但由于有源器件的帶寬限制，所以需要及時(shí)提供電力。無源濾波器。當(dāng)信號(hào)變化緩慢時(shí)，被動(dòng)濾波器可以更好地抑制差分模式干擾。常見的無源濾波器有低通濾波器、高通濾波器等。

五、信號(hào)傳輸線路抗干擾

5.1輸入信號(hào)線纜

在電子測(cè)量和控制系統(tǒng)信號(hào)傳輸線的選擇和使用中，在允許的頻率條件下，最好選擇屏蔽的雙絞線來輸入模擬信號(hào)；有條件時(shí)應(yīng)采用雙層屏蔽雙絞線電纜作為模擬信號(hào)TA，TV的引入線，外屏蔽層應(yīng)靠近地面，在二次控制設(shè)備端則采取懸空形式，以減少不平衡接地電勢(shì)造成的干擾。

5.2開關(guān)狀態(tài)信號(hào)線

根據(jù)控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)傳輸線的使用和特點(diǎn)，控制信號(hào)的控制對(duì)象往往是繼電器等，而狀態(tài)信號(hào)傳輸?shù)男盘?hào)主要是開關(guān)信號(hào)等。因此，在選擇雙絞線作為傳輸線時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a.盡量使用并行傳輸，使其具有更好的抵御共模干擾的能力；b.在傳輸線中，應(yīng)盡量避免諸如斷續(xù)連接等連接器；C.選擇帶有小間距的雙絞線。當(dāng)多個(gè)雙絞線連接在一起時(shí)，最好使用不同節(jié)距的雙絞線。當(dāng)兩對(duì)長(zhǎng)距絞合線被用作引線時(shí)，兩條線的位置應(yīng)該在每一段距離上交叉，這就相當(dāng)于增大節(jié)距的絞合，從而抑制了噪聲。d.當(dāng)傳輸信號(hào)具有較長(zhǎng)的傳輸線時(shí)，，應(yīng)注意在終端兩點(diǎn)間接上“匹配阻抗”，以消除端子兩端的反射，而始端則應(yīng)采用串聯(lián)阻抗。

5.3控制信號(hào)電纜的EMI設(shè)計(jì)

在控制信號(hào)的輸出電纜線路上設(shè)計(jì)了一個(gè)鐵氧體磁吸收環(huán)，通常纏繞在電纜線路或互連電纜上。這對(duì)有用的信號(hào)沒有任何影響，但是從繼電器觸點(diǎn)的火花觸點(diǎn)吸收超過10MHZ的干擾信號(hào)，由鐵素體阻抗的計(jì)算公式，既可減小測(cè)控設(shè)備內(nèi)部因控制器件對(duì)電路板電子線路的輻射干擾，又可減小因控制線通過一次設(shè)備側(cè)傳輸長(zhǎng)線引入的干擾。因此，該結(jié)構(gòu)可以提高電子器件的抗干擾能力和抗靜電放電（ESD）干擾能力，能夠有效降低設(shè)備的輻射干擾，提高系統(tǒng)的電磁兼容性。

六、總結(jié)

電力系統(tǒng)中使用了大量的電子設(shè)備?；谖㈦娮与娐返碾娮訙y(cè)量和控制設(shè)備的測(cè)量和控制對(duì)象通常是高電壓和大電流。這些電子器件的工作環(huán)境經(jīng)常受到電磁輻射、電磁脈沖、靜電感應(yīng)、高壓輸電線路放電、雷電沖擊、高頻噪聲和功率諧波的影響。噪聲會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備的可靠性下降，從而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行故障。一些電子設(shè)備甚至不能在強(qiáng)大的電力環(huán)境下運(yùn)行。這是電力系統(tǒng)和相關(guān)領(lǐng)域的操作員經(jīng)常遇到的問題，例如通信系統(tǒng)。通過研究數(shù)字高壓瞬態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的過電壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并和其他功率測(cè)量和控制設(shè)備，在電力系統(tǒng)及其實(shí)際應(yīng)用，電子設(shè)備的綜合抗干擾技術(shù)的深入研究，提出了一系列抗干擾措施和采用。一方面，電磁輻射、電磁脈沖、靜電干擾、雷電沖擊和功率諧波干擾的影響都在電子設(shè)備可接受的范圍內(nèi)。另一方面，電子設(shè)備的外部輻射干擾得到了有效的降低，使電磁兼容能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)操作的設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳維寧，張文亮，徐勇，等.數(shù)字式高壓瞬態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的研制[J].高電壓技術(shù)，2016，24（1）：19-24.

[2]張文亮，鄔雄.電磁兼容及其標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證[J].電壓技術(shù)，2017，22（4）：42-45.