浅谈变电所综合自动化系统的抗电磁干扰

浅谈变电所综合自动化系统的抗电磁干扰

李秋鹏

李秋鹏（安徽省铜陵市福鑫钢铁公司制氧厂安徽铜陵244101）

中图分类号：TP271+.4文献标识码：A

摘要:介绍了变电所综合自动化系统电磁干扰的形成、信号模式和传输途径。针对电磁干扰的三要素---干扰源、传播途径和电磁敏感设备，提出了一些抗电磁干扰的措施。

关键词:电磁干扰电磁兼容隔离和屏蔽

伴随着自动化技术、计算机技术和通信技术在各个领域的不断发展和应用，变电所综合自动化技术也得到了迅速发展。变电所综合自动化系统内部各个子系统都为弱电系统，然而它们的工作环境却是电磁干扰极其严重的强电场所，因此很容易受到干扰而不能正常工作，会给电力系统的安全经济运行带来非常严重的影响。因此，提高自动化系统的抗电磁干扰能力有着非常重要的意义。

一、电磁干扰的形成、信号模式和传输途径

（一）电磁干扰的形成

电力系统电磁干扰分为外部干扰和内部干扰。外部干扰主要包括高压开关操作、短路故障、雷电、电晕放电、高电压大电流的电缆和设备向周围辐射电磁波、高频载波和对讲机等辐射干扰源，以及附近电台、通信等产生的电磁干扰、静电放电等。内部干扰是由自动化系统的结构、元件布置和生产工艺等决定的，主要有杂散电感、电容引起的不同信号感应，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。但是，不论是内部干扰还是外部干扰，都具有相同的物理特性，所以消除和抑制它们的措施基本是相同的。

（二）电磁干扰的信号

程度干扰的信号按其出现的方式可分成两种模式：共模干扰和差模干扰。共模干扰是由网络对地电位发生变化而引起的干扰，有时也称其为对地干扰，它是造成自动化装置不能正常工作的主要原因；差模干扰则是以串联的方式出现在信号源回路之中的干扰信号，它主要是长线路传输的互感耦合所致。

（三）电磁干扰的传输途径

电磁干扰按传输途径可分为两大类：辐射干扰和传导干扰。辐射干扰是通过电磁波进行传播的；传导干扰则是通过干扰源和被干扰设备之间的公共阻抗进行传播的。两者之间可相互转换，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。

二、变电所抗电磁干扰的措施

电磁干扰对变电所综合自动化系统在线运行的影响非常严重，若不采取有效措施，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---干扰源、传播途径和电磁敏感设备来进行。可在系统的硬件和软件方面采取一些必要措施，以期消除或抑制电磁干扰。下面就硬件方面谈谈变电所综合自动化系统的抗电磁干扰措施。

（一）系统接地保护

1.一次系统接地

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，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瞬变电位差，减低电网中的瞬变电位升高，这对二次设备电磁兼容很有好处。例如：①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；②设备接地处要增加接地网络互连线，形成总等电位连接；③设备接地线要接于地网导体交叉处。

2．二次系统接地

从电磁兼容的角度来说，应该做到：①多个电路共用接地线时，其阻抗应尽量小；②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；③工作接地网各点的电位应尽量保持一致。

（二）隔离和屏蔽

变电所的微机监控系统、微机保护装置以及其他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，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。隔离变压器一、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。

变电所综合自动化系统开关量的输入主要是断路器、隔离开关的辅助触点等，开关量的输出也大多是对断路器、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，因此要通过光耦合或继电器进行隔离。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CPU之前，必须进行隔离处理。可采用光电隔离，在开关量输入板的出口处和CPU板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，若采用两级隔离，效果会更好，可在CPU板的出口和开关量输出板的入口各设一级隔离。开关量输出回路用于控制现场的设备，要求实时性强，所以一般不能加滤波器。

二次回路布线时应考虑隔离，以减少互感耦合，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远离它们，以便减少感应耦合。强、弱信号不应使用同一根电缆，信号电缆应可能避开电力电缆，尽量增大与电力电缆的距离，并尽量减少平行布设长度。

（三）微机电源的抗干扰

1.微机电源地线与机壳的连接

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，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很重要。微机电源地线与机壳的连接方法有一点连接、多点连接和不连接3种。实践中多采用微机电源地线和机壳不连接的方式，其优点是可大大减少干扰造成的流过电源的浪涌电流，从而增加抗共模干扰的能力，提高系统的安全性和可靠性；而缺点是在电磁干扰下会出现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。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：①尽量减少地线长度，在允许的情况下加粗线径；②微机系统的印刷电路板周围都用电源线封闭起来；③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。

2.输入电源的隔离

微机电源回路是电磁干扰最容易进入的通道，所以在电磁兼容标准中，对于同一试验等级，电源回路的试验电压比其他回路高一倍。由于这个原因，电源回路必须采用比其他回路更多抗电磁干扰的措施。对于微机电源的抗干扰，可采取以下措施。①在电源的输入侧安装隔离变压器，由隔离变压器的输出端直接向微机供电。②在电源的输入侧安装电源滤波器，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：一是必须在电源进线的最前端放置滤波器，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，对电路的其他部分产生影响，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；二是选用合适类型的滤波器，应针对不同类型的电源选择不同的滤波器。③通过UPS电源向微机系统供电，可有效地抑制正常状态下的电网低频干扰。

三、结束语

随着电力系统的不断发展，电磁环境越来越复杂，国内外对产品的电磁兼容测试要求也越来越严格，选用抗干扰的等级也越来越高，所以不断研究新方法和新型抗电磁干扰材料，提高电子元件自身的抗电磁能力具有十分重要的意义。

参考文献

[1]王庆斌、刘萍、尤利文、林啸天.电磁干扰与电磁兼容技术[M].北京.机械工业出版社.2003;

[2]张艳霞、姜惠兰.电力系统保护与控制[M].北京.清华大学出版社.2005;

[3]陈淑凤、马蔚宇、马晓庆.电磁兼容试验技术[M].北京.北京邮电大学出版社.2001;

[4]高攸纲.电磁兼容总论[M].北京.北京邮电大学出版社.2001;

[5]GJB151A-97.军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求[S].国防科学技术委员会,1997。