電磁兼容與電力系統(tǒng)自動(dòng)化

邵玉紅

摘 要：電磁波干擾是最為常見的影響設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程的因素，目前可以通過電磁兼容技術(shù)來有效提升設(shè)備的抗干擾性。本文主要研究了當(dāng)前電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容的問題，并提出了有效的解決措施，為保障電力系統(tǒng)正常的運(yùn)行提供一定的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：電磁兼容；電力系統(tǒng)；自動(dòng)化

引言

電力設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生預(yù)期或非預(yù)期的電磁能量，這些能量會(huì)在一定程度上影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而電磁兼容技術(shù)是處理電磁干擾問題的一項(xiàng)新興技術(shù)，將這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用到電力系統(tǒng)中，有助于克服電能傳輸過程中的電磁干擾問題。

一、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(dòng)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(shí)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(chǎng)、無線電輻射、電流電場(chǎng)、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(jī)動(dòng)車等人為干擾源。

1.2 微機(jī)系統(tǒng)電磁兼容具有的特殊性

（1）在自動(dòng)化設(shè)備中，都含有將微機(jī)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(duì)干擾十分敏感。

（2）微機(jī)系統(tǒng)中，干擾信號(hào)可表示為差模與共模。電磁通過電源和傳導(dǎo)通路進(jìn)入到微機(jī)系統(tǒng)中。對(duì)CMOS 電路而言，靜電可謂是大敵的存在。因微機(jī)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(qiáng)電磁應(yīng)。

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

（4）對(duì)脈沖干擾而言，它一直以來都是研究的關(guān)鍵點(diǎn)，這是因?yàn)槲C(jī)是將二進(jìn)制碼的識(shí)別作為基礎(chǔ)，它的組成主要是數(shù)字電路，對(duì)于數(shù)字電路，它主要傳送脈沖信號(hào)，而且對(duì)脈沖的干擾十分敏感。開關(guān)和電源變化頻率可以達(dá)到數(shù)十萬赫，在這種實(shí)際情況下，很容易產(chǎn)生一定脈沖干擾。

（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(gè)方面：①電源發(fā)生的波動(dòng)；②系統(tǒng)作用。其中，電源發(fā)生的波動(dòng)指的是因電源波動(dòng)產(chǎn)生的系統(tǒng)失調(diào)及信號(hào)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(hào)相互交叉的點(diǎn)而帶來的影響。對(duì)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。

二、自動(dòng)化設(shè)備對(duì)電磁兼容技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1頻率設(shè)計(jì)技術(shù)

該技術(shù)主要用于頻率兼容問題有效解決，同時(shí)它在微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中也是一個(gè)很復(fù)雜的應(yīng)用技術(shù)。對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的微機(jī)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(duì)于頻率設(shè)計(jì)技術(shù)，主要包括以下內(nèi)容：電平的核實(shí)、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(diǎn)與地線設(shè)計(jì)。其中，電源內(nèi)阻分析指的是對(duì)電源瞬時(shí)功率進(jìn)行分析，而接地點(diǎn)與地線設(shè)計(jì)基本原則為實(shí)現(xiàn)頻率和功率的隔離。對(duì)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(duì)電源特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如對(duì)電源而言，應(yīng)有足夠電流吸收能力，且功率裕度可以達(dá)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(duì)電源間進(jìn)行交換，采用集中供電方式還是分布供電方式。

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(duì)具體的分布參數(shù)予以合理限制。對(duì)分布參數(shù)而言，一般主要是由布線情況決定的。基于此，對(duì)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(diǎn)，同時(shí)這也是對(duì)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(duì)布線進(jìn)行分層處理。

2.5降頻控制技術(shù)

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

2.6多層板去耦

伴隨微機(jī)系統(tǒng)頻率不斷升高，和電路尺寸日益減小，對(duì)于多層板電路，它現(xiàn)在已經(jīng)成為常用印制電路板。對(duì)這種多層板而言，它的一個(gè)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(duì)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(jìn)行封裝，可對(duì)裸芯片實(shí)施直接出廠。在電路的制作過程中，通過對(duì)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(yùn)行造成影響與破壞，則會(huì)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(cuò)誤，無法對(duì)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(dòng)作。對(duì)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(jī)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(duì)主程序進(jìn)行定時(shí)監(jiān)視；④利用主程序?qū)χ袛嗟膶?shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視；⑤合理應(yīng)用容錯(cuò)技術(shù)，利用時(shí)間或者是信息的冗余來實(shí)現(xiàn)抗干擾，并有效提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

因自動(dòng)化設(shè)備所處運(yùn)行環(huán)境往往極為惡劣，所以應(yīng)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的安裝和運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jī)箱使用具有良好導(dǎo)磁性能的材料，并保證設(shè)計(jì)尺寸的合理性與可行性，而且插接件實(shí)際布置與接線端子引出都科學(xué)合理；②對(duì)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(yùn)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(xiàng)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(shí)際情況制定有效的其它措施。

三、電磁兼容技術(shù)的發(fā)展

我國電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的電磁兼容技術(shù)應(yīng)用起步比較晚，與國外發(fā)達(dá)國家相比尚存在很多不足。目前我國電磁兼容技術(shù)的主要發(fā)展方向是電磁環(huán)境評(píng)價(jià)、電磁干擾耦合、電磁抗擾性評(píng)價(jià)和抗干擾措施等方面。隨著我國在這些方面研究的深入，市場(chǎng)上出現(xiàn)的電磁兼容設(shè)備越來越多，對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的抗干擾性能也越來越好，尤其是在小型自動(dòng)化設(shè)備上其性能和效果特別顯著。但是我國電磁兼容技術(shù)在大型電力自動(dòng)化設(shè)備上的應(yīng)用比較少，抗干擾效果也比較差，還不能從根本上解決電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)生的干擾問題。所以在未來我國電磁兼容技術(shù)的發(fā)展方向?qū)⑾虼笮碗娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)發(fā)，致力于研究大型自動(dòng)化電氣設(shè)備的電磁兼容技術(shù)，解決我國電力系統(tǒng)大型自動(dòng)化設(shè)備電磁干擾的問題。

四、結(jié)束語

自動(dòng)化、智能化是電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，以后還會(huì)有更多先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)參與到電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展中，相應(yīng)的，也會(huì)有更多的電磁干擾現(xiàn)象出現(xiàn)，因此，我們要繼續(xù)加大對(duì)電磁兼容技術(shù)的研究，解決電力系統(tǒng)運(yùn)行中的電磁干擾問題，確保電力的傳輸率和利用率逐步提高。

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