電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容技術(shù)研究

陳慶旭

（南京國(guó)電南自軟件工程有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步，系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，受到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的影響，電磁干擾來(lái)源較為復(fù)雜，為有效避免干擾和破壞，要整合技術(shù)要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更加合理化的兼容控制。

1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容技術(shù)的內(nèi)容

為保證電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容技術(shù)的應(yīng)用效能，要從原理的可行性、加工生產(chǎn)工藝、運(yùn)行環(huán)境等多方面開展綜合分析和考量，著重把控不同類型電磁干擾本質(zhì)的同時(shí)，進(jìn)一步分析技術(shù)的具體內(nèi)容。

1.1 濾 波

濾波技術(shù)主要是借助濾波器完成電磁干擾的抑制處理工作。濾波器由參數(shù)集中的電阻、電容等構(gòu)成，在其應(yīng)用過(guò)程中只允許有用信號(hào)頻率分量通過(guò)，能更好地避免干擾頻率對(duì)整體信號(hào)傳輸造成的影響，維持信號(hào)的穩(wěn)定性。正是基于濾波器較為合理的傳導(dǎo)電磁干擾控制模式，能有效避免輻射等干擾項(xiàng)。例如，在系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)輸出端和接收機(jī)輸入端對(duì)應(yīng)安裝電磁干擾濾波器，就能發(fā)揮設(shè)備的應(yīng)用效能，有效過(guò)濾干擾信號(hào)，完成電磁兼容的工作[1]。

在濾波器具體工作環(huán)境中，元件不允許無(wú)用信號(hào)通過(guò)，并完成信號(hào)反射回信號(hào)源的處理工作，同時(shí)借助對(duì)應(yīng)的消耗方式完成無(wú)用信號(hào)的消耗處理。基于此，要想更好地提升濾波處理水平，就要在明確干擾項(xiàng)頻譜、干擾源頻帶分布情況的同時(shí)，配合干擾儀器的檢測(cè)分析工作，最大程度上建立有針對(duì)性的抗干擾處理工作。

1.2 隔 離

在電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用環(huán)境中，有效對(duì)干擾線路周圍的干擾電磁場(chǎng)予以隔離控制，能最大程度上提高設(shè)備的應(yīng)用運(yùn)行效率，主要采取的方式就是切斷亦或是削弱干擾線路和其他線路的電磁耦合[2]。為了提升控制效果，要盡量避免干擾線路和其他線路呈現(xiàn)出平行排列狀態(tài)，若是一定要保持平行，就要保證相應(yīng)的距離參數(shù)滿足如表1所示的規(guī)范要求。

表1 隔離原則

另外，針對(duì)高頻導(dǎo)線中產(chǎn)生干擾作用較大的線路，一定要選取適當(dāng)?shù)姆绞接枰云帘胃綦x[3]。

1.3 接 地

對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用控制而言，接地的處理過(guò)程就是在系統(tǒng)的某個(gè)選定區(qū)域點(diǎn)和接地面之間形成具有導(dǎo)電過(guò)程的低電阻通路，并能配合系統(tǒng)中電子元件的零電位處理完成連接。在實(shí)際處理中，要將理想的接地體視為零電位、零電阻的物理實(shí)體，并將其視為各個(gè)有關(guān)電路中信號(hào)電平的參考點(diǎn)，當(dāng)不需要的電流通過(guò)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓降，設(shè)備接地的過(guò)程就能有效將設(shè)備本身流過(guò)的干擾電流直接流入大地，最大程度減少干擾源傳播的能量[4]。接地的處理方式可以有效避免電磁干擾，減少公共電路阻抗耦合造成的影響，保證人員安全和設(shè)備安全。較為常見的接地處理模式主要分為浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地，具體如圖1所示。

圖1 接地方式

另外，為了保證接地處理的合理性和規(guī)范性，在接地控制環(huán)節(jié)中，要針對(duì)接地方式的要點(diǎn)予以控制，盡量減少干擾源的能量，從而提升統(tǒng)籌控制的水平。要盡量控制接地線的長(zhǎng)度，選取長(zhǎng)度較短且阻抗較小的金屬材質(zhì)接地線，確保接地點(diǎn)具備較好的導(dǎo)電性能，提升其機(jī)械水平[5]。

1.4 屏 蔽

借助導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现苽涞脑O(shè)備能夠?qū)㈦姶拍芟拗圃谝?guī)定的空間范圍內(nèi)，確保場(chǎng)能量能從屏蔽體的一側(cè)直接傳導(dǎo)到另一側(cè)。同時(shí)，為保證屏蔽效果，要結(jié)合實(shí)際環(huán)境和應(yīng)用要求選取最適配的屏蔽控制模式。

2 電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

在電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，要明確系統(tǒng)的具體應(yīng)用環(huán)境，之所以能形成自動(dòng)化處理，就是借助微機(jī)系統(tǒng)或者單片機(jī)，配合DA轉(zhuǎn)換電路、AD轉(zhuǎn)換電路、電源回路以及驅(qū)動(dòng)電路等功能處理單元完成運(yùn)行作業(yè)。為保證兼容技術(shù)的應(yīng)用效果，要對(duì)技術(shù)內(nèi)容和運(yùn)行環(huán)境予以分析[6]。

2.1 頻率設(shè)計(jì)技術(shù)

在電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容管理控制工作中，頻率設(shè)計(jì)技術(shù)主要針對(duì)的就是頻率兼容問(wèn)題，要借助統(tǒng)一頻率元完成微機(jī)系統(tǒng)的控制，確保頻率特性要求符合預(yù)期。因此，頻率設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中要核實(shí)電平和最高工作頻率參數(shù)，以維持技術(shù)應(yīng)用的可控性。

2.2 電源布線技術(shù)

一方面，電源技術(shù)結(jié)合電源特性完成設(shè)計(jì)，保證容性電流吸收能力和功率裕度都能匹配電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用需求，并且要優(yōu)選電源設(shè)備，綜合評(píng)估電力系統(tǒng)的供電方式，包括集中供電、分布式供電、整流電源或電池供電等。另一方面，為避免管腳和連線之間相互影響，要針對(duì)分布參數(shù)予以合理性限制，優(yōu)選環(huán)繞布線方式，并嚴(yán)格控制線徑參數(shù)，滿足分層處理的要求[7]。

2.3 降頻控制技術(shù)

在電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容控制工作中，針對(duì)輸出的高頻信號(hào)要予以重視，在維持整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行正常且規(guī)范的基礎(chǔ)上盡量降低頻率，主要采取的方式就是對(duì)信號(hào)予以平滑處理。例如，針對(duì)發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）驅(qū)動(dòng)電路（如圖2所示），要適當(dāng)添加電阻或電容元件，維持頻率的平衡性，并且要對(duì)功率較大的輸出信號(hào)進(jìn)行降頻處理。

圖2 LED驅(qū)動(dòng)電路實(shí)物圖

2.4 多層板去耦技術(shù)

在微機(jī)系統(tǒng)頻率增大的情況下，電路幾何尺寸也會(huì)降低，因此微機(jī)系統(tǒng)融合多層板電路受到了更多的關(guān)注，能在滿足應(yīng)用要求和標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)減少頻率參數(shù)相互之間的影響。與此同時(shí)，多層板能有效減少系統(tǒng)中各個(gè)連接結(jié)構(gòu)之間分布參數(shù)的相互作用，維持良好的應(yīng)用效能[8]。

綜上所述，在電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容控制工作中，要結(jié)合實(shí)際環(huán)境選取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)方案，維持技術(shù)應(yīng)用控制的合理性和規(guī)范性，避免高頻干擾等因素對(duì)設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量產(chǎn)生的影響。

3 電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容處理也向著更加多元的方向轉(zhuǎn)型，打造更加可控且科學(xué)的應(yīng)用平臺(tái)。其中，微機(jī)系統(tǒng)具有重要的研究?jī)r(jià)值，配合計(jì)算機(jī)技術(shù)就能更好地適應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備高靈敏性、小型化和多功能要求，維持可控性較好的電磁兼容控制模式。

第一，將逐漸實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯電路和軟件技術(shù)有效融合的目標(biāo)，最大程度上完成干擾信號(hào)的抑制處理，維持良好的控制水平。也正是基于技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，軟件應(yīng)用占比在不斷增加，要想保證電磁兼容控制的規(guī)范效果，需結(jié)合技術(shù)融合要求開展相關(guān)工作。例如，利用具備錯(cuò)誤糾正碼功能的軟件，就能及時(shí)控制和糾正錯(cuò)誤信息，減少進(jìn)入系統(tǒng)后可能產(chǎn)生干擾或危害的項(xiàng)目，從源頭提升電磁兼容控制的規(guī)范性，規(guī)避干擾項(xiàng)可能造成的影響[9]。

第二，在電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備中，集成電路元件的封裝工作量也會(huì)增加，其中含有微量天然放射同位素，這種電磁干擾會(huì)嚴(yán)重影響存儲(chǔ)器的運(yùn)行效果，引發(fā)誤動(dòng)作等現(xiàn)象，因此為保證電磁兼容控制的合理性和規(guī)范性，就要從元器件的制造技術(shù)以及系統(tǒng)制造等多方面開展統(tǒng)籌分析工作，并踐行電磁兼容技術(shù)的設(shè)計(jì)要求，維持良好的應(yīng)用效果。

第三，應(yīng)用分布式靜電保護(hù)涂覆，能針對(duì)靜電干擾予以合理性控制，最大程度上彌補(bǔ)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備靜電保護(hù)不足的問(wèn)題。主要的方式就是將互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）（如圖3所示）等芯片板接頭進(jìn)行靜電涂覆，從而避免干擾項(xiàng)目對(duì)整體應(yīng)用過(guò)程產(chǎn)生的影響。

圖3 CMOS原理

第四，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，光纖電路抗電磁脈沖干擾的處理方式逐漸受到關(guān)注，光纖通信也成為了電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，配合纖維光學(xué)和光計(jì)算機(jī)技術(shù)的協(xié)同控制，就能推進(jìn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容技術(shù)向著更加多元的方向邁進(jìn)[10]。

4 結(jié) 論

總而言之，電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)具有重要的意義，要依據(jù)特征和要求提出匹配的電磁兼容技術(shù)方案，維持設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制的合理性，從而促進(jìn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行水平的優(yōu)化，也為電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。