電力系統中電子設備抗干擾技術研究與應用

李杰

摘要：電力系統中存在有大量的電子設備。電子測控設備的測量和控制對象通常是高壓電源裝置。這些設備將受到電磁輻射、雷電沖擊和電力諧波的干擾。由于干擾的影響，電子設備的可靠性將大大降低，甚至出現誤操作，影響正常運行。本文簡要論述和分析了電子設備抗干擾技術在電力系統中的研究與應用。

關鍵詞：電力系統；電子設備；抗干擾；應用

任何電力系統都需要大量的電子設備，而電子設備的控制設備通常是集成電路系統。集成電路最大的缺點是電信號弱，控制系統又是一種強電設備，很容易發生信號干擾。電子設備的準確性和可靠性將受到靜電感應、高壓輸電等的影響，使系統不能正常工作。隨著電子設備的不斷普及，人們越來越重視電子設備的抗干擾能力。因此，抗干擾技術的研究已經變得十分重要。

一、干擾及干擾源的相關定義

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

二、干擾的類型和傳播方式

在電力系統中，有較多的電子設備，一般屬于強電流的性質，在工作過程中除了外部的干擾電磁波和閃電外，還有周圍的磁場也會影響高壓輸電線路，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入其他電路的電場，電路周圍的物體會受到電荷的影響。這些電荷會影響電路，電流導體通過寄生電容在導體之間形成電容，而產生的電場會對受擾裝置產生耦合干擾。2.漏電耦合干擾。由于受環境影響，隨著時間的推移，電力系統中電子設備的性能將會下降，因此經常出現漏電現象。漏電電流是泄漏耦合干擾的主要原因。3.磁場干擾。在電力系統中會有較多的電流導體，如動力線、電動機、發電機、繼電器等。這些設備在工作時將產生磁場，而交變磁場會在周圍的電路中產生一定的感應電位。磁場的干擾是空間磁場互感耦合引起的干擾。4.共阻抗感應干擾。共阻抗感應干擾是指在電路的各個部分中，導體的相互阻抗和接地阻抗產生的干擾，這是最常見的干擾。

三、電力系統中干擾源的類型

在電力系統中有許多干擾源，包括：（1）熱干擾。在電子設備的運行過程中，會產生一定的熱量。熱能將會對電子設備內部的元件產生干擾。通常，具有較好的導熱性的金屬材料被制成防護罩，以屏蔽熱能的干擾，或使用溫度補償元件等其他保護措施。（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，半導體材料會激發出電子，半導體器件的電阻和電勢會發生變化。光干擾的預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以阻擋外部光線。（3）機械干擾。在機器的振動和沖擊下，電力系統中電子設備的原件會變形，從而改變電路原有的參數。一般來說，針對機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）是指電力系統中由電子電路產生的靜電感應所引起的干擾。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中元件之間的電氣接觸產生的干擾。減少直流電流的措施通常是為了避免噪聲干擾。

四、提高電子設備抗干擾技術研究

4.1屏蔽技術

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

4.2接地技術

接地技術主要包括單點接地、多點接地和串聯接地三種方式。單點接地是將所有的接地線置于一個點上，形成一個統一的接地電位，以避免地面系統之間的干擾。多點式接地通常用于高頻電路和數字電路中，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，串聯接地有許多缺點，但由于串聯接地的方便操作，它仍被廣泛應用。

4.3濾波技術

濾波技術通常是通過濾波器實現的。因此，濾波器的質量在電子器件的抗干擾技術中起著重要的作用。常見的濾波器包括：數字濾波器。數字濾波器處理信號的頻率或波形，將輸入信號轉換為輸出信號，并改變信號的頻譜。數字濾波器是通過特殊的數字硬件設備實現的。有源濾波器。有源濾波器由被動元件和主動元件組成。有源濾波器最大的優點是能量損耗小，體積小，但由于有源器件的帶寬限制，所以需要及時提供電力。無源濾波器。當信號變化緩慢時，被動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、信號傳輸線路抗干擾

5.1輸入信號線纜

在電子測量和控制系統信號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；有條件時應采用雙層屏蔽雙絞線電纜作為模擬信號TA，TV的引入線，外屏蔽層應靠近地面，在二次控制設備端則采取懸空形式，以減少不平衡接地電勢造成的干擾。

5.2開關狀態信號線

根據控制信號和狀態信號傳輸線的使用和特點，控制信號的控制對象往往是繼電器等，而狀態信號傳輸的信號主要是開關信號等。因此，在選擇雙絞線作為傳輸線時，應注意以下幾點：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，應盡量避免諸如斷續連接等連接器；C.選擇帶有小間距的雙絞線。當多個雙絞線連接在一起時，最好使用不同節距的雙絞線。當兩對長距絞合線被用作引線時，兩條線的位置應該在每一段距離上交叉，這就相當于增大節距的絞合，從而抑制了噪聲。d.當傳輸信號具有較長的傳輸線時，，應注意在終端兩點間接上“匹配阻抗”，以消除端子兩端的反射，而始端則應采用串聯阻抗。

5.3控制信號電纜的EMI設計

在控制信號的輸出電纜線路上設計了一個鐵氧體磁吸收環，通常纏繞在電纜線路或互連電纜上。這對有用的信號沒有任何影響，但是從繼電器觸點的火花觸點吸收超過10MHZ的干擾信號，由鐵素體阻抗的計算公式，既可減小測控設備內部因控制器件對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備側傳輸長線引入的干擾。因此，該結構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，能夠有效降低設備的輻射干擾，提高系統的電磁兼容性。

六、總結

電力系統中使用了大量的電子設備。基于微電子電路的電子測量和控制設備的測量和控制對象通常是高電壓和大電流。這些電子器件的工作環境經常受到電磁輻射、電磁脈沖、靜電感應、高壓輸電線路放電、雷電沖擊、高頻噪聲和功率諧波的影響。噪聲會導致電子設備的可靠性下降，從而導致系統運行故障。一些電子設備甚至不能在強大的電力環境下運行。這是電力系統和相關領域的操作員經常遇到的問題，例如通信系統。通過研究數字高壓瞬態測量系統的過電壓在線監測系統，并和其他功率測量和控制設備，在電力系統及其實際應用，電子設備的綜合抗干擾技術的深入研究，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備可接受的范圍內。另一方面，電子設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場操作的設計要求。

參考文獻：

[1]吳維寧，張文亮，徐勇，等.數字式高壓瞬態測量系統的研制[J].高電壓技術，2016，24（1）：19-24.

[2]張文亮，鄔雄.電磁兼容及其標準和認證[J].電壓技術，2017，22（4）：42-45.