變電所綜合自動化系統(tǒng)抗電磁干擾的措施
| 1 前言 變電所綜合自動化系統(tǒng)是自動化技術、計算機技術和通信技術等高科技在變電所領域的綜合應用。近年來，變電所綜合自動化技術得到了迅速的發(fā)展，并得到了廣泛的應用。但是，變電所綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部各個子系統(tǒng)都為低電平的弱電系統(tǒng)，它們所工作的環(huán)境是電磁干擾極其嚴重的強電場所，很容易受到這些電磁的干擾而不能正常工作，給電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行帶來非常嚴重的后果。所以，提高自動化系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，有著非常重要的意義。 2 變電所內(nèi)電磁干擾來源、傳輸途徑和信號模式 2.1 電磁干擾的來源 目前，電力系統(tǒng)的電磁干擾源有外部干擾和內(nèi)部干擾兩個方面：外部干擾包括了高壓開關操作、雷電、短路故障、電暈放電、高電壓大電流的電纜和設備向周圍輻射電磁波、高頻載波、對講機等輻射干擾源，及附近電臺、通信等產(chǎn)生的電磁干擾、靜電放電等。內(nèi)部干擾是由自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、元件布置和生產(chǎn)工藝等決定的。主要有雜散電感、電容引起的不同信號感應，長線傳輸造成的波反射、寄生振蕩和尖峰信號引起的干擾等。但是，不論是內(nèi)部還是外部干擾，它們都具有相同的物理特性，所以消除和抑制的措施基本是相同的。 2.2 電磁干擾的傳輸途徑電磁干擾按傳輸途徑 可分為兩大類：傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾是通過干擾源和被干擾設備之間的公共阻抗進行傳播的，輻射干擾是通過電磁波進行傳播的。兩者之間會相互轉(zhuǎn)換，輻射干擾經(jīng)過導線可轉(zhuǎn)換成傳導干擾，傳導干擾又可通過導線形成輻射干擾。 2.3 電磁干擾的信號模式 電磁干擾信號按其出現(xiàn)的方式，可分成兩種模式：差模干擾和共模干擾。以串聯(lián)的方式出現(xiàn)在信號源回路之中的干擾信號稱為差模干擾，主要是由長線路傳輸?shù)幕ジ旭詈纤?。而共模干擾則是由網(wǎng)絡對地電位發(fā)生變化而引起的干擾，共模干擾有時也稱為對地干擾，它是造成自動化裝置不能正常工作的主要原因。 3 變電所內(nèi)的電磁兼容 變電所內(nèi)電磁兼容的意義是：電氣、電子設備或系統(tǒng)能夠在規(guī)定的電磁環(huán)境下不因電磁干擾而降低工作性能，它們本身所發(fā)射的電磁能量不影響其它設備的正常工作，從而達到互不干擾，在共同的電磁環(huán)境下一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。變電所綜合自動化系統(tǒng)以微機、集成電路和電子元件為主要部件，屬于電磁敏感設備，如果具有良好的電磁兼容性能，對保證自動化系統(tǒng)的安全、可靠運行有著十分重要的意義。解決其電磁兼容的途徑，主要應當從提高抗電磁干擾的能力入手。 4 變電所抗電磁干擾的措施 干擾對變電所綜合自動化系統(tǒng)在線運行的影響是嚴重的，若不采取有效的措施，將產(chǎn)生嚴重的后果。消除或抑制電磁干擾可針對電磁干擾的三要素來進行。電磁干擾三要素：干擾源、傳播途徑和電磁敏感設備。我們可在系統(tǒng)的硬件和軟件方面采取一些必要的措施，以期消除或抑制電磁干擾。下面就硬件方面談談變電所綜合自動化系統(tǒng)的抗電磁干擾措施。 4.1 隔離和屏蔽 變電所的微機監(jiān)控系統(tǒng)、微機保護裝置以及其它自動化裝置所采集的模擬量，大多數(shù)來自一次系統(tǒng)的電壓互感器和電流互感器，它們均處于強電回路中，不能直接輸入到綜合自動化系統(tǒng)，必須經(jīng)過設置在自動化系統(tǒng)各種交流回路中的隔離變壓器。這些隔離變壓器一次、二次中間必須有隔離層和屏蔽層，而且屏蔽層必須安全接地，這樣可起電場屏蔽作用，防止高頻信號通過分布電容進入自動化系統(tǒng)的相應部件。 變電所綜合自動化系統(tǒng)開關量的輸入，主要是斷路器、隔離開關的輔助觸點等。開關量的輸出，大多數(shù)也是對斷路器、隔離開關的控制。這些斷路器和隔離開關都處于強電回路中，如果與自動化系統(tǒng)直接相連，必然會引起強的電磁干擾。因此要通過光耦合隔離或繼電器隔離，這樣會取得比較好的效果。開關量輸入回路前及信號變換部分應考慮采用濾波，開關量輸入信號送給CPU之前，必須進行隔離處理，可采用光電隔離，而且兩級光電隔離的效果會比較好，在開關量輸入板的出口處和CPU板的入口處各設置一級光電隔離。開關量輸出回路也應該在前端采取隔離措施，可通過光耦合或繼電器進行隔離，而且兩級隔離的效果比較好，在CPU板的出口處和開關量輸出板的入口處各設一級隔離。開關量輸出回路一般都用于控制現(xiàn)場的設備，要求實時性強，所以一般不能加濾波器。 二次回路布線時，應考慮隔離，減少互感耦合，避免干擾由互感耦合侵入。控制電纜盡可能離開高壓母線，并盡可能減少平行布設長度。避雷器和避雷針的接地點、電容式電壓互感器等都是高頻暫態(tài)電流的入地點，控制電纜也應盡可能離開它們，以便減少感應耦合。強、弱信號的電纜不應使用同一根電纜，信號電纜應盡可能避開電力電纜，盡量增大與電力電纜的距離，并盡量減少平行布設長度。 4.2 接地在變電所中，一次系統(tǒng)接地是以防雷和保證安全（系統(tǒng)中性點接地）為目的的，但它對二次回路的電磁兼容有重要的影響。如果接地合適，可以減少所內(nèi)的高頻瞬變電壓幅值，特別是減少電網(wǎng)中各點的瞬變電位差，減低了電網(wǎng)中的瞬變電位升高。這對二次設備的電磁兼容很有好處。例如：①避雷針、避雷器的接地點應采用兩根以上的接地線和加密接地網(wǎng)絡；②設備接地處要增加接地網(wǎng)絡互連線；③設備接地線要接于地網(wǎng)導體交叉處。 二次系統(tǒng)的接地，從電磁兼容的角度來說，應做到：①多個電路共用接地線時，其阻抗應盡量減少；②由多個電子器件組成的系統(tǒng)，各電子器件的工作接地應連在一起，通過一點與安全接地網(wǎng)相連；③工作接地網(wǎng)各點的電位應盡量保持一致。 電磁干擾可能進入綜合自動化系統(tǒng)弱電部分的主要途徑是通過微機電源。因為電源與干擾源的聯(lián)系比較緊密，同時電源線直接連接至系統(tǒng)各部分，包括#$%部分，因此來自電源的干擾很容易引起死機。所以對微機電源的地線處理問題是很重要的。微機電源地線與機殼的連接方法有一點連接、多點連接和不連接三種。實踐中，多采用微機電源地線和機殼不連接，它的優(yōu)點是：由于干擾造成的流過電源的浪涌電流可大大減少，從而增加了抗共模干擾的能力，可明顯地提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。而缺點是：在電磁干擾下，對地電壓降在微機電源和機殼之間浮動，如果微機系統(tǒng)中某一關鍵部分對機殼的耦合電容較大，則可能引起邏輯判斷出錯。針對電源地線與機殼不連接的缺點，我們可采用一些方法來盡量減少微機電源地線對機殼的耦合：①盡量減少地線長度，在允許的情況下加粗線徑；②微機系統(tǒng)的印刷電路板周圍都用電源線封閉起來；③印刷電路板上的要害部分不要走線過長，特別是不要引至面板。 4.3 微機電源的抗干擾 微機電源回路是電磁干擾最容易進入的通道，所以在電磁兼容標準中，對于同一試驗等級，電源回路的試驗電壓比其它回路高一倍，例如采用3級試驗等級的EFT試驗，電源回路的試驗電壓為2kV，其它回路為1kV。由于這個原因，所以電源回路必須采用比其它回路更多抗電磁干擾措施。對于微機電源的抗干擾，實踐中，采取如下措施都是很有效的：①在電源的輸入側(cè)安裝電源濾波器，可以濾去交流電源輸入的高頻干擾和高次諧波。在加裝濾波器時有兩個問題需要注意：一是選用合適類型的濾波器，不同類型的電源選擇的濾波器也不同，如線性穩(wěn)壓電源濾波器、開關電源濾波器等。二是必須在電源進線的最前端放置濾波器，使濾波器之前的電源進線盡可能短，以盡量避免電磁干擾通過這段進線竄入裝置內(nèi)對電路其它部分產(chǎn)生影響。在可能的情況下，可考慮將濾波器直接安裝在機箱上，讓濾波器的金屬外殼與機箱的金屬外殼緊密接觸；②在電源的輸入側(cè)安裝隔離變壓器，有隔離變壓器的輸出端直接向微機供電；③通過UPS電源向微機系統(tǒng)供電，可有效地抑制電網(wǎng)低頻正常狀態(tài)下的干擾。 5 結(jié)束語 隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電磁環(huán)境越來越惡劣，國內(nèi)外對產(chǎn)品的電磁兼容測試要求會越來越嚴格，選用嚴酷度等級會越來越高，所以不斷研究新方法、新型的抗電磁干擾材料、提高電子元件自身的抗電磁干擾能力，具有十分重要的意義。 |
