分析電磁兼容與電力系統(tǒng)自動化

歐麗梅

（廣西貴港市平南縣官成水庫管理所 廣西貴港 537315）

如今，電力系統(tǒng)正快速向自動化的方向發(fā)展，研制并應(yīng)用很多不同類型的自動化設(shè)備，在提高系統(tǒng)自動化水平的同時，對電磁兼容也提出了極高的要求。為適應(yīng)這種實際要求，需要研究和應(yīng)用合理可行的電磁兼容技術(shù)。

1 電磁兼容

1.1 電磁干擾主要來源

因電力系統(tǒng)是由很多一、二次設(shè)備構(gòu)成的整體，所以作為二次系統(tǒng)重要組成部分，自動化設(shè)備電磁干擾有很多來源。其中，傳導(dǎo)干擾源包括：高壓電氣設(shè)備實際操作、變頻設(shè)備的操作、因故障而產(chǎn)生的瞬變、公共電路耦合、傳導(dǎo)干擾電壓、行諧波與雷電波、靜態(tài)功率設(shè)備；輻射干擾源包括：宇宙電磁輻射、閃電與雷電磁場、無線電輻射、電流電場、因局部放電生成的脈沖、熒光燈等輻射源頭、人身體上的靜電、非線性效應(yīng)、機動車等人為干擾源[1]。

1.2 微機系統(tǒng)電磁兼容具有的特殊性

（1）在自動化設(shè)備中，都含有將微機作為核心的數(shù)字與模擬電路，以二極管、微分電路和轉(zhuǎn)換電路最為常用，這些不僅是干擾源，而且對干擾十分敏感。

（2）微機系統(tǒng)中，干擾信號可表示為差模與共模，如圖1所示。電磁通過電源和傳導(dǎo)通路進入到微機系統(tǒng)中。對CMOS電路而言，靜電可謂是大敵的存在。因微機工作電壓很低，但電流很大，所以電源線和輸入、輸出線都能構(gòu)成回路，產(chǎn)生很強電磁應(yīng)。

圖1 干擾信號表現(xiàn)形式

（3）對于系統(tǒng)傳輸線，主要存在以下三方面實際問題：①延時問題；②波形畸變問題；③外界干擾問題。

（4）對脈沖干擾而言，它一直以來都是研究的關(guān)鍵點，這是因為微機是將二進制碼的識別作為基礎(chǔ)，它的組成主要是數(shù)字電路，對于數(shù)字電路，它主要傳送脈沖信號，而且對脈沖的干擾十分敏感。開關(guān)和電源變化頻率可以達到數(shù)十萬赫，在這種實際情況下，很容易產(chǎn)生一定脈沖干擾。干擾侵入途徑如圖2所示。

圖2 干擾侵入途徑

（5）易受到電源的影響。電子系統(tǒng)受電源的影響主要有以下兩個方面：①電源發(fā)生的波動；②系統(tǒng)作用。其中，電源發(fā)生的波動指的是因電源波動產(chǎn)生的系統(tǒng)失調(diào)及信號紊亂；而系統(tǒng)作用影響指的是由于電源為系統(tǒng)各類型信號相互交叉的點而帶來的影響。對系統(tǒng)作用而言，其大小程度需要和以下因素有關(guān)：①電源功率裕度；②濾波能力；③電源連線方式；④分布形狀[2]。

2 自動化設(shè)備對電磁兼容技術(shù)的具體應(yīng)用

對自動化設(shè)備而言，它是由以下幾個部分組成的整體網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)：①微機系統(tǒng)（單片機）；②轉(zhuǎn)換電路，包括D/A與A/D；③電源回路；④外圍及其驅(qū)動電路；⑤通訊電路。對自動化設(shè)備在電磁兼容方面存在的問題進行分析研究的同時，還要對設(shè)備的組成部分或者是系統(tǒng)具有的電磁兼容特性進行充分研究。就目前而言，可以在自動化設(shè)備中使用的電磁兼容技術(shù)包括下列幾種：

2.1 頻率設(shè)計技術(shù)

該技術(shù)主要用于頻率兼容問題有效解決，同時它在微機系統(tǒng)設(shè)計過程中也是一個很復(fù)雜的應(yīng)用技術(shù)。對自動化設(shè)備的微機系統(tǒng)而言，其頻率元應(yīng)統(tǒng)一，并滿足頻率特性方面的要求。對于頻率設(shè)計技術(shù)，主要包括以下內(nèi)容：電平的核實、確定最高工作頻率和降頻與諧波分離。

2.2 接地技術(shù)

該技術(shù)主要包括以下兩方面：①電源內(nèi)阻分析；②接地點與地線設(shè)計。其中，電源內(nèi)阻分析指的是對電源瞬時功率進行分析，而接地點與地線設(shè)計基本原則為實現(xiàn)頻率和功率的隔離。對于頻率隔離，指的是將高頻和低頻系統(tǒng)合理分開，而功率隔離指的是將大功率與弱功率合理的分開。

2.3 電源技術(shù)

①指對電源特性進行設(shè)計，比如對電源而言，應(yīng)有足夠電流吸收能力，且功率裕度可以達到相關(guān)要求；②選擇適宜的電源性質(zhì)，比如用電池或者是整流電源，電源具體類型，是否要對電源間進行交換，采用集中供電方式還是分布供電方式[3]。

2.4 布線技術(shù)

想減小管腳與連線間存在的干擾和影響，需要對具體的分布參數(shù)予以合理限制。對分布參數(shù)而言，一般主要是由布線情況決定的?；诖?，對系統(tǒng)或者是設(shè)備的電磁兼容而言，布線是十分重要的一點，同時這也是對電磁兼容的具體展現(xiàn)。從布線技術(shù)的角度講，主要有以下幾種：環(huán)繞式的布線、確定合適的線徑、對布線進行分層處理。

2.5 降頻控制技術(shù)

對于高頻信號及其輸出，應(yīng)在使系統(tǒng)得以正常高效運行的基礎(chǔ)上適當降低頻率，針對部分輸出信號，通過對平滑措施的合理應(yīng)用，比如在LED電路當中添加合適的電容與電阻，實現(xiàn)降頻目標。如果輸出信號有很大功率，如PWM信號與階躍信號，則應(yīng)高度重視降頻處理。

2.6 多層板去耦

伴隨微機系統(tǒng)頻率不斷升高，和電路尺寸日益減小，對于多層板電路，它現(xiàn)在已經(jīng)成為常用印制電路板。對這種多層板而言，它的一個關(guān)鍵的功能就在于能極大的減小系統(tǒng)不同連線間存在的影響。

2.7 表面貼片技術(shù)

對表面貼片而言，它是指將集成電路和電路板結(jié)合成整體，屬電路制作技術(shù)范疇。在集成電路出廠過程中，無需進行封裝，可對裸芯片實施直接出廠。在電路的制作過程中，通過對焊接技術(shù)的合理應(yīng)用，將裸芯片和電路板粘接到一起，該電路不僅體積輕便，而且具有很高的兼容性。

2.8 軟件技術(shù)方法

如果外界干擾竄入或?qū)?yīng)用程序運行造成影響與破壞，則會使應(yīng)用程序出現(xiàn)跑飛的現(xiàn)象，導(dǎo)致程序的走向出現(xiàn)錯誤，無法對芯片中的信息及其變化予以正確響應(yīng)，最終產(chǎn)生一定程度的誤動作。對此，可采用以下措施來解決軟件的抗干擾問題：①加入空指令，其主要目的在于使微機系統(tǒng)指令地址能夠納入到正規(guī)，為后續(xù)指令的正確執(zhí)行創(chuàng)造良好基本條件；②收留井法，也就是在施加的空指令基礎(chǔ)上追加出現(xiàn)跑飛現(xiàn)象的處理程序；③對主程序進行定時監(jiān)視；④利用主程序?qū)χ袛嗟膶嶋H運行情況進行監(jiān)視；⑤合理應(yīng)用容錯技術(shù)，利用時間或者是信息的冗余來實現(xiàn)抗干擾，并有效提高系統(tǒng)的運行可靠性。

因自動化設(shè)備所處運行環(huán)境往往極為惡劣，所以應(yīng)對自動化設(shè)備的安裝和運行環(huán)境進行實時監(jiān)控，并采取有效的能提高抗干擾水平的技術(shù)措施。就目前而言，在工程上，主要可以采用以下幾種方法：①機箱使用具有良好導(dǎo)磁性能的材料，并保證設(shè)計尺寸的合理性與可行性，而且插接件實際布置與接線端子引出都科學(xué)合理；②對于設(shè)備的安裝環(huán)境需要制定專門的技術(shù)措施，以主控室為例，需要采取合理可行的屏蔽與接地技術(shù)措施；③設(shè)備的運行操作及管理人員應(yīng)參與電磁兼容方面的專門培訓(xùn)，并在正式上崗以前經(jīng)過專項考核，未經(jīng)考核與考核未通過的人員均不可上崗；④根據(jù)實際情況制定有效的其它措施。

3 電磁兼容性未來需要重點考慮和解決的問題

（1）在集成電路中使用的封裝材料，往往含有一定量放射性同位素，如鈾與釷等，其原子裂變后會產(chǎn)生大量T射線，導(dǎo)致存儲器發(fā)生誤動作。對此，應(yīng)從制造方面入手，充分重視電磁兼容方面的問題[4]。

（2）數(shù)字電路和軟件之間的充分結(jié)合，能有效抑制干擾，且軟件應(yīng)用會占據(jù)很大比重。

（3）對于抗靜電干擾，通過對靜電保護涂覆等技術(shù)的應(yīng)用，填補靜電保護方面的不足。

（4）在干擾情況越來越復(fù)雜的條件下，統(tǒng)計處理方面的方法必定得到更多的應(yīng)用。

（5）認為光纖電路抗電磁脈沖干擾是現(xiàn)在效果最為顯著的途徑。

4 結(jié)束語

綜上所述，對當前的電力自動化設(shè)備而言，重點是要研發(fā)并應(yīng)用先進合理的電磁兼容新技術(shù)，并設(shè)立相應(yīng)的檢驗及測試標準，積極培養(yǎng)專門人才，不斷研究該領(lǐng)域的新方向及新問題，推動自動化設(shè)備更好發(fā)展。