电力系统自动化设备的电磁兼容技术

王 旭，刘志杰

福建省送变电工程公司，福建福州 350000

电磁兼容性(EMC)就是电力系统或设备在其正常工作的同时不会产生电磁干扰对周围环境中事物产生影响。电磁兼容技术是为了解决实际应用中的产生的电磁干扰应运而生的一门新兴学科。从广义上来说, 如何使电子、电气系统及设备以及人类和动植物安全共存在一个共同的电磁环境中是电磁兼容技术主要研究和解决的问题。这些问题不仅指电子、电气设备的相互干扰,另外还有会影响到电子、电气设备以及人和动植物的自然界雷电、天电、宇宙等造成的电磁干扰，。

1 电力系统自动化设备电磁兼容问题

1.1 电力系统自动化设备在工作中受到的电磁干扰

由众多的一次、二次系统设备集合而成为电力系统,二次系统设备的一部分就是电力系统自动化设备, 自动化设备受到的电磁干扰非常复杂。一次、二次系统设备、外来电磁辐射、设备的内部元件、传送通道以及二次系统设备之间的电磁干扰都会干扰自动化设备的正常工作。

1.2 电磁兼容在电力系统自动化设备的微机系统(以及单片机系统)中的特殊性

电力系统自动化设备中包含的大规模模拟电路和数字电路都是以微机系统为核心的,其中微分电路、二极管、D/A、A/D转换电路以及集成电路块的应用最为广泛,它们既会对其他设备产生干扰，,同时也容易受到其他设备的干扰。

各个微机系统之间的内部传输线存在三方面的问题：受外界干扰、波形畸变和延时。

对于电力系统的电磁兼容问题，其重点就是在脉冲干扰的过程中，微型计算机系统只能对二进制代码进行识别，而且这种系统主要是由数字电路组成的，在发送由数字电路产生的脉冲信号过程中，非常容易受到脉冲的干扰。

容易受电源的影响。电子系统主要是由两个方面因素组成的（系统的作用和波动）。由于在系统中的所有信号在电源中存在一个交叉点，该系统的信号功率就容易受到影响。

2 电磁兼容技术的设计方法

2.1 滤波

通过滤波器对电磁干扰进行抑制。滤波器的网络是由分布或集中参数的电感、电容和电阻共同组成,并能对信号的频率进行判断，提取有用信号的频率分量通过, 防止干扰频率分量通过,使电磁干扰降低到能够接受的程度。防止和降低电磁干扰的主要措施是使用滤波器,滤波器也能有效减少辐射干扰如对无线电干扰进行抑制, 将相应的电磁干扰滤波器安装在接受机的输入端和发射机的输出端,将干扰信号过滤以实现电磁兼容的目标。

2.2 隔离

干扰电磁场也存在于干扰线路(馈线)附近,当干扰线路附近存在其他导线时出现电磁耦合产生干扰。将其它线路与干扰线路进行隔离能有效简便防止这种干扰：将馈线按照一定的距离隔离分布能够使线路之间的电磁耦合削弱或切断。以下为隔离的注意事项:不要使其他线路和干扰线路平行排列,如果遇到必须平行的情况,则导线的间距L 和直径D 的比值不应低于40,并尽可能增大导线间距,另外平行部分越短越好; 如果一般线路与敏感线路或者信号线与电源馈线之间需要平行排列时, 导线间距不应低于50 mm; 对其他线路会造成最大干扰的高频导线需要屏蔽;一些脉冲功率较大的脉冲线路也会严重干扰到其他线路,可以按照干扰线路处理。根据具体情况可以将低功率、低电平的数字电路当做一般线路。

2.3 接地

在系统中的一个接地面与选定点之间建立电阻小的导电通路接与地面相接,由于系统中各个电子元件处于零电位并且相互连通，就建立了一个等同于地面的参考点。就是将它的电阻和电位都看作零,并且以其来参考电路中的信号，没有电流通过就没有电压降的产生，所以通过接地设备将干扰电流导入大地，减少干扰源传播的能量。

2.4 屏蔽

所谓的屏蔽，就是使用导磁或导电材料来制作壳、屏、板、盒等设备，将电磁能的范围限制在一定区域之内，用屏蔽体来减弱场的能量，最终防止电磁干扰。有三种屏蔽方法：磁屏蔽、电屏蔽以及电磁屏蔽。对不同功能、不同结构和不同安装地点的设备采取不同侧重点的电磁兼容技术措施。

3 电磁兼容技术在电力系统自动化设备中的应用

3.1 频率设计技术

频率设计技术主要是研究如何解决频率兼容,这种技术比较复杂。其包括的内容有降频和谐波分离、最高工作频率设计、电平核实技术。

3.2 接地技术

接地技术要注意两个内容：1）电源内阻分析技术, 该技术主要是分析电源最大瞬时功率；2）接地点和地线设计技术，该技术要遵循功率隔离（将大功率和小功率隔开）和频率隔离（将高频系统和低频系统分开）的原则。

3.3 布线技术

对于该技术，如何降低连线与各管脚之间的影响程度是其最终目的，分布参数就要得到限制。系统布线对分布参数的影响具有决定性作用，因此布线技术就成了设备或系统电磁兼容技术的关键所在。而布线技术又包括了分层处理、环绕布线以及线径选择3 个大的方面。

3.4 电源技术

电源技术分为两个方面，其一为以使用整流电源和电池的选择、电源之间是否需要交换、电源种类的选择、分布式供电与集中供电的选择为主的系统电源性质的选择，其二为保证电源有一定的功率剩余以及适当的容性电流吸收能力为主的电源特性的设计。

3.5 降频控制

降低输出的高频信号的频率，但是要在系统正常工作得到保证的前提下，可以采取诸如将适当的电阻和电容加入到LED驱动电路中这样的措施来平滑处理某些输出信号甚至用来处理功率较大的输出信号。

3.6 表面贴片

为了将电路板与集成电路合二为一，表面贴片技术应运而生。由于出厂产品非封装后的集成电路而是裸芯片，所以印制电路板时就用到焊接技术在表面粘贴裸芯片，此技术的优点之一在保证优秀的电磁兼容性的同时还保持了较小的体积。

3.7 多层板去耦

随着科技的不断发达，微机系统的计算能力越来越强大，而且电路的尺寸也是越来越小，多层板电路成为了电路板印制的的主要模式。而多层板对降低系统各连线之间的分布参数影响有较强功效。

3.8 软件技术

程序的“跑飞”现象出现在外界干扰破坏了程序的正常运行时，程序进而发生错误、不响应、中断甚至将芯片的内信息改写，干扰了正常工作的进行。如下三种方式能增强软件的抗干扰能力：

1）收留井法，添加空指令在处理程序后，防止“跑飞”现象的发生；

2）时刻监视主程序的运行状况，但主程序出现错误时，要能够及时发现并处理；

3）当信息或时间冗余时，采用容错技术的方法来增强抗干扰能力。

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