电磁干扰_EMI_

! 浙江龙游供电局 董伟俊 鲁海军 变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电所所所所所所所所所所所所所所所所所所所所所所所所所所所所所所所所综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合自自自自自自自自自自自自自自自自自自自自自自自自自自自自自自自自动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化 系统抗电磁干扰的 ! 栏 目 编 辑! 罗 斌 !" 大众用电 #$$% & ’ !"#$%&’$ (#$)*’$’+* ,"-.电工园地 $ 前言 变电所综合自动化系统是自动化技术、计算机技术和通信 技术等高科技在变电所领域的综合应用。近年来，变电所综合 自动化技术得到了迅速的发展，并得到了广泛的应用。但是，变 电所综合自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统， 它们所工作的环境是电磁干扰极其严重的强电场所，很容易受 到这些电磁的干扰而不能正常工作，给电力系统的安全经济运 行带来非常严重的后果。为此，需要对系统的抗电磁干扰性能 加以分析，以提高自动化系统的抗电磁干扰能力。 ( 电磁干扰源的分析 （/）电源扰动。由大负荷变化引起的幅值不超过 /01的电 压波动；由大负荷突变、短路、故障切除、重合闸引起的电压突 降或者中断；由电力机车、高频炉等引起的各次谐波污染；由电 焊或电弧等引起的间谐波；载波设备等对电力线产生的附加信 号扰动等。 （2）二次回路中开关操作。主要是指断路器、隔离开关操 作，投切电容器，空载变压器、电抗器等产生过电压引起的电磁 干扰。 （3）雷击干扰。雷击中变电所后，大电流经接地点进入接地 网，使接地点电位大大升高。若二次回路接地点靠近雷击大电 流入地点，则二次回路接地点电位随之升高，会在二次回路中 形成共模干扰，引起过电压。 （4）内部干扰。主要指由系统结构、元件布置和生产工艺等 引起。由杂散电感、电容引起的不同信号感应；多点接地造成的 电位差干扰；长线传输造成的波反射；寄生振荡和尖峰信号引 起的干扰等。 # 电磁干扰的传输途径 电磁干扰源传递到每个设备有两种方式：传导干扰和辐射 干扰。传导干扰是通过干扰源和被干扰设备之间的公共阻抗进 行传播的，辐射干扰是通过电磁波进行传播的。两者之间会相 互转换，辐射干扰经过导线可转换成传导干扰，传导干扰又可 通过导线形成辐射干扰。电磁干扰耦合的途径主要有以下几 种：电容性耦合；电感性耦合；共阻抗耦合；辐射耦合。电磁干扰 的共同特点是频率高、幅度大、前沿陡，可以顺利通过各种分布 电容或分布电感耦合到变电站综合自动化系统中。 ! 电磁干扰的危害 （/）干扰电源回路（交流、直流电源）造成计算机工作不稳 定，甚至死机。 （2）干扰模拟量输入通道造成采样数据错误，影响采样精 度和计量的准确性，甚至损坏元器件、引起微机保护误动。 （3）干扰开关量输入通道造成系统对断路器、隔离开关分、 合等位置判断错误；干扰输出通道，引起断路器的跳、合闸出口 回路误动。 （4）干扰 ,56和数字电路导致相应的自动装置无法工作。 因此，采取合理的抗干扰措施是非常必要的。 ) 变电站抗电磁干扰的措施 干扰对变电所综合自动化系统在线运行的影响是严重的， 若不采取有效的措施，将产生严重的后果。消除或抑制电磁干 扰可针对电磁干扰的三要素来进行，即消除或抑制干扰源、切 断电磁耦合途径、降低装置本身对电磁干扰的敏感度。可针对 以上三点在系统的硬件和软件方面采取一些必要的措施，以期 消除或抑制电磁干扰。 （/）隔离和屏蔽 变电所的微机监控系统、微机保护装置以及其它自动化装 置所采集的模拟量，大多数来自一次系统的电压互感器和电流 互感器，它们均处于强电回路中，不能直接输入到综合自动化 系统，必须经过设置在自动化系统各种交流回路中的隔离变压 器。这些隔离变压器一次、二次中间必须有隔离层和屏蔽层，而 且屏蔽层必须安全接地，这样可起电场屏蔽作用，防止高频信 号通过分布电容进入自动化系统的相应部件。模拟量抗干扰措 施的另外一种手段是滤波（分硬件滤波和软件滤波）。硬件滤波 是指模拟量输入回路经过一个硬件滤波器，吸收差模浪涌，以 防止频率混迭。硬件滤波器按照作用频率分为低通滤波器、高 通滤波器、带通滤波器。按照硬件种类分为电容滤波器、电感滤 波器、7, 滤波器。软件滤波实际上是对采集到的数据进行处 理，是一种算法。软件滤波不需要增加硬件设备，可以多通道共 享，参数调整方便，滤波范围广，可靠性高，稳定性好，是现在综 合自动化装置普遍采用的一种。 变电所综合自动化系统开关量的输入，主要是断路器、隔 ! 栏 目 编 辑! 罗 斌 !’大众用电 #$$% & ’ 离开关的辅助触点等。开关量的输出，大多数也是对断路器、隔 离开关的控制。这些断路器和隔离开关都处于强电回路中，如 果与自动化系统直接相连，必然会引起强的电磁干扰。因此，要 通过光耦合隔离或继电器隔离，这样会取得比较好的效果。开 关量输入回路前及信号变换部分应考虑采用滤波，开关量输 入信号送给 ,56 之前，必须进行隔离处理，可采用光电隔离， 而且两级光电隔离的效果会比较好，在开关量输入板的出口 处和 ,56板的入口处各设置一级光电隔离。开关量输出回路 也应该在前端采取隔离措施，可通过光耦合或继电器进行隔 离，而且两级隔离的效果比较好，在 ,56 板的出口处和开关量 输出板的入口处各设一级隔离。开关量输出回路一般都用于 控制现场的设备，实时性强，一般不能加滤波器。 二次回路布线时，应考虑隔离，减少互感耦合，避免干扰由 互感耦合侵入。控制电缆尽可能离开高压母线，并尽可能减少 平行布设长度。避雷器和避雷针的接地点、电容式电压互感器 等都是高频暂态电流的入地点，控制电缆也应尽可能离开它 们，以便减少感应耦合。强、弱信号的电缆不应使用同一根电 缆，信号电缆应尽可能避开电力电缆，尽量增大与电力电缆的 距离，并尽量减少平行布设长度。 （2）接地 在变电所中，一次系统接地是以防雷和保证安全（系统中 性点接地）为目的的，但它对二次回路的电磁兼容有重要的影 响。如果接地合适，可以减少所内的高频瞬变电压幅值，特别是 减少电网中各点的瞬变电位差，减低了电网中的瞬变电位升 高。这对二次设备的电磁兼容很有好处。例如：避雷针、避雷器 的接地点应采用两根以上的接地线和加密接地网络；设备接 地处要增加接地网络互连线；设备接地线要接于地网导体交 叉处。 二次系统的接地，从电磁兼容的角度来说，应做到：多个电 路共用接地线时，其阻抗应尽量减少；由多个电子器件组成的 系统，各电子器件的工作接地应连在一起，通过一点与安全接 地网相连；工作接地网各点的电位应尽量保持一致。 电磁干扰可能进入综合自动化系统弱电部分的主要途径 是通过微机电源。因为电源与干扰源的联系比较紧密，同时电 源线直接连接至系统各部分，包括 ,56 部分，因此来自电源的 干扰很容易引起死机。所以，对微机电源的地线处理问题是很 重要的。微机电源地线与机壳的连接有一点连接、多点连 接和不连接三种。实践中，多采用微机电源地线和机壳不连接， 它的优点是：由于干扰造成的流过电源的浪涌电流可大大减 少，从而增加了抗共模干扰的能力，可明显地提高系统的安全 性和可靠性。而缺点是：在电磁干扰下，对地电压降在微机电源 和机壳之间浮动，如果微机系统中某一关键部分对机壳的耦 合电容较大，则可能引起逻辑判断出错。针对电源地线与机壳 不连接的缺点，可采用一些方法来尽量减少微机电源地线对机 壳的耦合：尽量减少地线长度，在允许的情况下加粗线径；微机 系统的印刷电路板周围都用电源线封闭起来；印刷电路板上的 要害部分不要走线过长，特别是不要引至面板。 装置的机柜和机箱要可靠接地。综合自动化系统的接地分 为安全接地（保护接地）和工作接地。装置的外壳接地属于安全 接地，接地网通常采用一次设备的接地网。安全接地主要是为 了避免工作人员因设备绝缘损坏或绝缘降低时，遭受触电危险 和保证设备的安全。接地线要尽量短和可靠，以降低可能出现 的瞬变过电压。一般将设备安装在专门的槽钢上并与槽钢良好 连接，槽钢与接地网焊接在一起。 （3）微机电源的抗干扰 计算机电源的瞬间突变或断电对计算机是危险甚至是致 命的。可以造成数据丢失，硬盘损坏等一系列问题。解决办法常 用的是采用不问断电源 658，有效地抑制电源干扰。选用 658 电源时，要选用在线式，保证计算机在交流掉电时的安全连续 运行。对于不具备采用 658 电源的系统可考虑采用电源滤波 器或隔离变压器，以屏蔽或者滤除电源中的干扰。同时注意计 算机的电源线由电源母线单独引出，防止其它设备故障引起计 算机系统掉电。实践中，采取如下措施都是很有效的：!在电源 的输入侧安装电源滤波器，可以滤去交流电源输入的高频干扰 和高次谐波。在加装滤波器时有两个问题需要注意：一是选用 合适类型的滤波器，不同类型的电源选择的滤波器也不同，如 线性稳压电源滤波器、开关电源滤波器等。二是必须在电源进 线的最前端放置滤波器，使滤波器之前的电源进线尽可能短， 以尽量避免电磁干扰通过这段进线窜入装置内对电路其它部 分产生影响。在可能的情况下，可考虑将滤波器直接安装在机 箱上，让滤波器的金属外壳与机箱的金属外壳紧密接触；"在 电源的输入侧安装隔离变压器，有隔离变压器的输出端直接向 微机供电。 % 结束语 随着电力系统的不断发展，电磁环境越来越恶劣，综合自 动化系统的抗干扰是一项重要工作。这就需要需要根据现场的 实际情况加以考虑。不管采用何种措施，自动化系统本身良好 的抗电磁干扰设计是最重要的一环。只有系统的考虑变电站的 抗电磁干扰设计并严格实施，才能保证自动化装置安全、可靠、 稳定的运行。 电工园地!"#$%&’$ (#$)*’$’+* ,"-. 小资料 电磁干扰（!"#$%&9:+;*#%’$ <*%#&=#&#*$#），有传导干扰 和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网 络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络。辐射干扰是指干 扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。在高 速 5,> 及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各 类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发 射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常 工作。 电磁干扰（ "#$） !"