電力系統中的PLC 抗電磁干擾技術分析

陳冰 漯河職業技術學院

PLC 技術又稱作可編程邏輯控制器，能夠在用戶指令調控下執行邏輯運算、定時、順序控制等功能，是實現電氣工程自動化控制的核心技術，由于使用便捷、功能完善、適用范圍廣、可靠性強等優點，在電力系統中得到了廣泛應用[1]。PLC 雖然抗干擾能力強，但是在電力系統運用過程中，由于高電壓高電流電纜及設備產生的電場磁場、大型電力設備啟停引起的諧波、低壓設備開合引起的快速瞬變干擾、雷擊引起的浪涌、電網短路暫態沖擊等因素，會受到較強的電磁干擾，導致系統失控，影響到電力系統的正常運行。為了規避電磁干擾，在PLC 產品研發及應用過程中，應優化其電磁兼容性（EMC），采取合理的PLC 抗電磁干擾技術。

1、PLC 系統電磁干擾

電磁干擾感應模型中有三個要素，具體為：①干擾源。所有能夠對PLC 系統產生電磁干擾的設備及環境都屬于干擾源，而PLC系統對于其他電力設備而言也有可能是干擾源；②耦合路徑。電力線路、通信電纜及空間環境都是干擾信號傳輸至PLC 系統的耦合路徑；③敏感設備。PLC 系統的組成部分，比如說元器件、電子設備、電路板等都可能是敏感設備[2]。

1.1 空間電磁輻射

在電力系統中，存在大量電力裝置及電磁輻射裝置，這些都會產生干擾PLC 控制系統運行的電磁干擾信號。在PLC 系統運行過程中，空氣靜電放電、雷擊引起的浪涌，會產生強電磁環境，在這一環境下，系統的電感和電容將因為電磁感應發生變化，影響到系統的正常運行。總的來說，PLC 系統所受到的空間電磁輻射在風險和強度上是比較高的，而且其干擾程度與系統受現場工作環境的限制程度相關。

1.2 PLC 外接線干擾

在PLC 控制系統運行過程中，會接收到電源和信號線導入的PLC 外接線干擾，這屬于典型的傳導型干擾模式。在電力系統中，PLC 控制系統需要借助電網供電，當電網中電力設備啟停，會出現電網短路暫態沖擊與諧波變化，產生脈沖信號，供電品質不穩定，對PLC 控制系統產生電源干擾。此外，我國電網布設范圍極廣，電磁干擾作用會持續形成高頻諧波信號，進一步對PLC 控制系統產生影響，尤其是在電網感性元器件斷開時，會形成遠超于額定電壓值的瞬間電壓，其脈沖功率對于 PLC 的破壞性極大。PLC 控制系統擁有強大的通信功能與控制功能，這些功能的實現依賴于各類信號傳輸線，而這些線路在傳輸信號時，容易受到外界信號干擾，這些干擾來源于共用信號儀表的相關供電電源，以及電磁信號引發的感應。通信信號的傳遞，會直接影響到PLC 控制系統的指令，如若信號傳遞受到干擾，很有可能導致傳輸的信息不準確，繼而引起誤操作[3]。

1.3 PLC 系統自身干擾

PLC 控制系統由于設計上的缺陷，邏輯控制電路通電后，會形成電磁輻射信號，不過相較于空間電磁輻射、PLC 外接線干擾，系統自身干擾作用較低。

2、電力系統中的PLC 抗電磁干擾技術

針對PLC 控制系統電磁干擾，可采取的防控策略有以下三種：①減少PLC 系統自身產生的干擾信號，從而減少干擾源；②基于不同電磁干擾類型，采取合理的方式切斷耦合路徑，比如說空間電磁干擾，主要考慮如何減小輻射強度；③保護敏感設備。優化PLC 產品設計，提升其抗電磁干擾能力，同時在電力系統建設過程中，采取接地、屏蔽、隔離、濾波等外部措施，保護好PLC 控制系統的敏感設備。

2.1 電源抗干擾的有效設計

電源是PLC 控制系統運行的關鍵，降低電源干擾，對于強化系統抗電磁干擾能力有著積極作用。在電力系統中，選擇供電品質佳、供電穩定的電源，選擇雙絞線作為電源線，同時在交流電源輸入端子前安裝低通濾波器、隔離變壓器等防護裝置，來過濾諧波信號及高頻干擾信號，降低傳導型及輻射型電磁干擾，確保PLC 控制系統供電的穩定性[4]。除此之外，可以直接選用抗電磁干擾能力的供電系統，比如說在線式UPS 供電系統。

2.2 接地抗干擾的有效設計

在規劃PLC 控制系統在電力系統中的應用方案時，優化接地設計，確保系統穩定運行。現階段，電力系統常采用電容式接地、直接接地、浮地等接地方式，基于 PLC 控制系統特性，最好采用直接接地方式，選用并聯一點式的接地設計，讓系統中各個電力裝置的中心接地點能夠以各自的接地極直接連接上接地線，有效避免接地電磁干擾。同時，在原材料選擇上，應選擇以粗線圈為核心的接地線，這樣能夠有效降低各個電路部件間的地電勢差值，從而規避地環電流對系統產生的干擾。

2.3 輸出和輸入的抗干擾設計

系統設計過程中，為有效降低信號傳輸過程中受到的干擾，可將交流信號輸出與輸入的壓敏電阻與浪涌吸收器并聯，這樣信號通過負載時，可降低反電動勢對于信號傳導模塊的影響，而且，如若與輸入信號并聯的感性負荷超過限定范圍，可以安裝繼電器來進行中轉，便捷高效。針對 PLC 控制系統輸出負載過程中產生的電磁干擾，可采取直流輸出口采取電路保護措施、交流輸出口接阻容吸收電路或者壓敏電阻的方式解決[5]。PLC 控制系統作業環境復雜，外界噪音大，可安裝光耦合器來避免電磁干擾，這一裝置由輸出口、輸入口兩端的受光元件組成，能夠實現信息光傳遞，從而實現輸出與輸入兩端的電氣隔離，經過光傳遞信息，讓輸出與輸入能夠在電氣方面進一步隔離。

2.4 軟件的抗干擾策略

在進行PLC 系統軟件設計時，采用數字濾波技術，將模擬量信號經 A/D 轉變為數字量信號，再輸PLC 系統內，借助數字濾波程序，對信號進行二次處理，過濾掉噪音信號，留下有效信號，能夠全面提升系統抗電磁干擾能力。

4、結語

電力能源是我國工業生產以及居民生活中應用最為廣泛的一種能源形式，隨著社會的發展，電力能源需求量逐漸增加，電力系統運行的安全性與穩定性要求也越來越高。基于電力系統自動化控制及智能化運行的需求，PLC 技術得到了廣泛應用，且這一技術在應用過程中，由于電力系統中電流或電壓的驟然變化，會受到較強的電磁干擾，導致系統通信不穩定乃至失控，影響到電力系統的運作。全面準確地分析PLC 系統電磁干擾的來源，探究其影響因素，優化PLC 產品的電磁兼容性設計，優化PLC 在電力系統中的應用方案，提升系統抗電磁干擾能力，能夠有效規避或降低電磁干擾風險。