分析電磁兼容與電力系統自動化

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

1 電磁兼容

1.1 電磁干擾主要來源

因電力系統是由很多一、二次設備構成的整體，所以作為二次系統重要組成部分，自動化設備電磁干擾有很多來源。其中，傳導干擾源包括：高壓電氣設備實際操作、變頻設備的操作、因故障而產生的瞬變、公共電路耦合、傳導干擾電壓、行諧波與雷電波、靜態功率設備；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、機動車等人為干擾源[1]。

1.2 微機系統電磁兼容具有的特殊性

（1）在自動化設備中，都含有將微機作為核心的數字與模擬電路，以二極管、微分電路和轉換電路最為常用，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通路進入到微機系統中。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、輸出線都能構成回路，產生很強電磁應。

圖1 干擾信號表現形式

（3）對于系統傳輸線，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鍵點，這是因為微機是將二進制碼的識別作為基礎，它的組成主要是數字電路，對于數字電路，它主要傳送脈沖信號，而且對脈沖的干擾十分敏感。開關和電源變化頻率可以達到數十萬赫，在這種實際情況下，很容易產生一定脈沖干擾。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。電子系統受電源的影響主要有以下兩個方面：①電源發生的波動；②系統作用。其中，電源發生的波動指的是因電源波動產生的系統失調及信號紊亂；而系統作用影響指的是由于電源為系統各類型信號相互交叉的點而帶來的影響。對系統作用而言，其大小程度需要和以下因素有關：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 自動化設備對電磁兼容技術的具體應用

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

2.1 頻率設計技術

該技術主要用于頻率兼容問題有效解決，同時它在微機系統設計過程中也是一個很復雜的應用技術。對自動化設備的微機系統而言，其頻率元應統一，并滿足頻率特性方面的要求。對于頻率設計技術，主要包括以下內容：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

該技術主要包括以下兩方面：①電源內阻分析；②接地點與地線設計。其中，電源內阻分析指的是對電源瞬時功率進行分析，而接地點與地線設計基本原則為實現頻率和功率的隔離。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

①指對電源特性進行設計，比如對電源而言，應有足夠電流吸收能力，且功率裕度可以達到相關要求；②選擇適宜的電源性質，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

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予以合理限制。對分布參數而言，一般主要是由布線情況決定的。基于此，對系統或者是設備的電磁兼容而言，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。從布線技術的角度講，主要有以下幾種：環繞式的布線、確定合適的線徑、對布線進行分層處理。

2.5 降頻控制技術

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

2.6 多層板去耦

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

2.7 表面貼片技術

對表面貼片而言，它是指將集成電路和電路板結合成整體，屬電路制作技術范疇。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，通過對焊接技術的合理應用，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 軟件技術方法

如果外界干擾竄入或對應用程序運行造成影響與破壞，則會使應用程序出現跑飛的現象，導致程序的走向出現錯誤，無法對芯片中的信息及其變化予以正確響應，最終產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指令地址能夠納入到正規，為后續指令的正確執行創造良好基本條件；②收留井法，也就是在施加的空指令基礎上追加出現跑飛現象的處理程序；③對主程序進行定時監視；④利用主程序對中斷的實際運行情況進行監視；⑤合理應用容錯技術，利用時間或者是信息的冗余來實現抗干擾，并有效提高系統的運行可靠性。

因自動化設備所處運行環境往往極為惡劣，所以應對自動化設備的安裝和運行環境進行實時監控，并采取有效的能提高抗干擾水平的技術措施。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磁性能的材料，并保證設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合理；②對于設備的安裝環境需要制定專門的技術措施，以主控室為例，需要采取合理可行的屏蔽與接地技術措施；③設備的運行操作及管理人員應參與電磁兼容方面的專門培訓，并在正式上崗以前經過專項考核，未經考核與考核未通過的人員均不可上崗；④根據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，其原子裂變后會產生大量T射線，導致存儲器發生誤動作。對此，應從制造方面入手，充分重視電磁兼容方面的問題[4]。

（2）數字電路和軟件之間的充分結合，能有效抑制干擾，且軟件應用會占據很大比重。

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

（4）在干擾情況越來越復雜的條件下，統計處理方面的方法必定得到更多的應用。

（5）認為光纖電路抗電磁脈沖干擾是現在效果最為顯著的途徑。

4 結束語

綜上所述，對當前的電力自動化設備而言，重點是要研發并應用先進合理的電磁兼容新技術，并設立相應的檢驗及測試標準，積極培養專門人才，不斷研究該領域的新方向及新問題，推動自動化設備更好發展。