電力系統自動化設備的電磁兼容技術

王 旭，劉志杰

福建省送變電工程公司，福建福州 350000

電磁兼容性(EMC)就是電力系統或設備在其正常工作的同時不會產生電磁干擾對周圍環境中事物產生影響。電磁兼容技術是為了解決實際應用中的產生的電磁干擾應運而生的一門新興學科。從廣義上來說, 如何使電子、電氣系統及設備以及人類和動植物安全共存在一個共同的電磁環境中是電磁兼容技術主要研究和解決的問題。這些問題不僅指電子、電氣設備的相互干擾,另外還有會影響到電子、電氣設備以及人和動植物的自然界雷電、天電、宇宙等造成的電磁干擾，。

1 電力系統自動化設備電磁兼容問題

1.1 電力系統自動化設備在工作中受到的電磁干擾

由眾多的一次、二次系統設備集合而成為電力系統,二次系統設備的一部分就是電力系統自動化設備, 自動化設備受到的電磁干擾非常復雜。一次、二次系統設備、外來電磁輻射、設備的內部元件、傳送通道以及二次系統設備之間的電磁干擾都會干擾自動化設備的正常工作。

1.2 電磁兼容在電力系統自動化設備的微機系統(以及單片機系統)中的特殊性

電力系統自動化設備中包含的大規模模擬電路和數字電路都是以微機系統為核心的,其中微分電路、二極管、D/A、A/D轉換電路以及集成電路塊的應用最為廣泛,它們既會對其他設備產生干擾，,同時也容易受到其他設備的干擾。

各個微機系統之間的內部傳輸線存在三方面的問題：受外界干擾、波形畸變和延時。

對于電力系統的電磁兼容問題，其重點就是在脈沖干擾的過程中，微型計算機系統只能對二進制代碼進行識別，而且這種系統主要是由數字電路組成的，在發送由數字電路產生的脈沖信號過程中，非常容易受到脈沖的干擾。

容易受電源的影響。電子系統主要是由兩個方面因素組成的（系統的作用和波動）。由于在系統中的所有信號在電源中存在一個交叉點，該系統的信號功率就容易受到影響。

2 電磁兼容技術的設計方法

2.1 濾波

通過濾波器對電磁干擾進行抑制。濾波器的網絡是由分布或集中參數的電感、電容和電阻共同組成,并能對信號的頻率進行判斷，提取有用信號的頻率分量通過, 防止干擾頻率分量通過,使電磁干擾降低到能夠接受的程度。防止和降低電磁干擾的主要措施是使用濾波器,濾波器也能有效減少輻射干擾如對無線電干擾進行抑制, 將相應的電磁干擾濾波器安裝在接受機的輸入端和發射機的輸出端,將干擾信號過濾以實現電磁兼容的目標。

2.2 隔離

干擾電磁場也存在于干擾線路(饋線)附近,當干擾線路附近存在其他導線時出現電磁耦合產生干擾。將其它線路與干擾線路進行隔離能有效簡便防止這種干擾：將饋線按照一定的距離隔離分布能夠使線路之間的電磁耦合削弱或切斷。以下為隔離的注意事項:不要使其他線路和干擾線路平行排列,如果遇到必須平行的情況,則導線的間距L 和直徑D 的比值不應低于40,并盡可能增大導線間距,另外平行部分越短越好; 如果一般線路與敏感線路或者信號線與電源饋線之間需要平行排列時, 導線間距不應低于50 mm; 對其他線路會造成最大干擾的高頻導線需要屏蔽;一些脈沖功率較大的脈沖線路也會嚴重干擾到其他線路,可以按照干擾線路處理。根據具體情況可以將低功率、低電平的數字電路當做一般線路。

2.3 接地

在系統中的一個接地面與選定點之間建立電阻小的導電通路接與地面相接,由于系統中各個電子元件處于零電位并且相互連通，就建立了一個等同于地面的參考點。就是將它的電阻和電位都看作零,并且以其來參考電路中的信號，沒有電流通過就沒有電壓降的產生，所以通過接地設備將干擾電流導入大地，減少干擾源傳播的能量。

2.4 屏蔽

所謂的屏蔽，就是使用導磁或導電材料來制作殼、屏、板、盒等設備，將電磁能的范圍限制在一定區域之內，用屏蔽體來減弱場的能量，最終防止電磁干擾。有三種屏蔽方法：磁屏蔽、電屏蔽以及電磁屏蔽。對不同功能、不同結構和不同安裝地點的設備采取不同側重點的電磁兼容技術措施。

3 電磁兼容技術在電力系統自動化設備中的應用

3.1 頻率設計技術

頻率設計技術主要是研究如何解決頻率兼容,這種技術比較復雜。其包括的內容有降頻和諧波分離、最高工作頻率設計、電平核實技術。

3.2 接地技術

接地技術要注意兩個內容：1）電源內阻分析技術, 該技術主要是分析電源最大瞬時功率；2）接地點和地線設計技術，該技術要遵循功率隔離（將大功率和小功率隔開）和頻率隔離（將高頻系統和低頻系統分開）的原則。

3.3 布線技術

對于該技術，如何降低連線與各管腳之間的影響程度是其最終目的，分布參數就要得到限制。系統布線對分布參數的影響具有決定性作用，因此布線技術就成了設備或系統電磁兼容技術的關鍵所在。而布線技術又包括了分層處理、環繞布線以及線徑選擇3 個大的方面。

3.4 電源技術

電源技術分為兩個方面，其一為以使用整流電源和電池的選擇、電源之間是否需要交換、電源種類的選擇、分布式供電與集中供電的選擇為主的系統電源性質的選擇，其二為保證電源有一定的功率剩余以及適當的容性電流吸收能力為主的電源特性的設計。

3.5 降頻控制

降低輸出的高頻信號的頻率，但是要在系統正常工作得到保證的前提下，可以采取諸如將適當的電阻和電容加入到LED驅動電路中這樣的措施來平滑處理某些輸出信號甚至用來處理功率較大的輸出信號。

3.6 表面貼片

為了將電路板與集成電路合二為一，表面貼片技術應運而生。由于出廠產品非封裝后的集成電路而是裸芯片，所以印制電路板時就用到焊接技術在表面粘貼裸芯片，此技術的優點之一在保證優秀的電磁兼容性的同時還保持了較小的體積。

3.7 多層板去耦

隨著科技的不斷發達，微機系統的計算能力越來越強大，而且電路的尺寸也是越來越小，多層板電路成為了電路板印制的的主要模式。而多層板對降低系統各連線之間的分布參數影響有較強功效。

3.8 軟件技術

程序的“跑飛”現象出現在外界干擾破壞了程序的正常運行時，程序進而發生錯誤、不響應、中斷甚至將芯片的內信息改寫，干擾了正常工作的進行。如下三種方式能增強軟件的抗干擾能力：

1）收留井法，添加空指令在處理程序后，防止“跑飛”現象的發生；

2）時刻監視主程序的運行狀況，但主程序出現錯誤時，要能夠及時發現并處理；

3）當信息或時間冗余時，采用容錯技術的方法來增強抗干擾能力。

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