分析电磁兼容与电力系统自动化

欧丽梅

（广西贵港市平南县官成水库管理所 广西贵港 537315）

如今，电力系统正快速向自动化的方向发展，研制并应用很多不同类型的自动化设备，在提高系统自动化水平的同时，对电磁兼容也提出了极高的要求。为适应这种实际要求，需要研究和应用合理可行的电磁兼容技术。

1 电磁兼容

1.1 电磁干扰主要来源

因电力系统是由很多一、二次设备构成的整体，所以作为二次系统重要组成部分，自动化设备电磁干扰有很多来源。其中，传导干扰源包括：高压电气设备实际操作、变频设备的操作、因故障而产生的瞬变、公共电路耦合、传导干扰电压、行谐波与雷电波、静态功率设备；辐射干扰源包括：宇宙电磁辐射、闪电与雷电磁场、无线电辐射、电流电场、因局部放电生成的脉冲、荧光灯等辐射源头、人身体上的静电、非线性效应、机动车等人为干扰源[1]。

1.2 微机系统电磁兼容具有的特殊性

（1）在自动化设备中，都含有将微机作为核心的数字与模拟电路，以二极管、微分电路和转换电路最为常用，这些不仅是干扰源，而且对干扰十分敏感。

（2）微机系统中，干扰信号可表示为差模与共模，如图1所示。电磁通过电源和传导通路进入到微机系统中。对CMOS电路而言，静电可谓是大敌的存在。因微机工作电压很低，但电流很大，所以电源线和输入、输出线都能构成回路，产生很强电磁应。

图1 干扰信号表现形式

（3）对于系统传输线，主要存在以下三方面实际问题：①延时问题；②波形畸变问题；③外界干扰问题。

（4）对脉冲干扰而言，它一直以来都是研究的关键点，这是因为微机是将二进制码的识别作为基础，它的组成主要是数字电路，对于数字电路，它主要传送脉冲信号，而且对脉冲的干扰十分敏感。开关和电源变化频率可以达到数十万赫，在这种实际情况下，很容易产生一定脉冲干扰。干扰侵入途径如图2所示。

图2 干扰侵入途径

（5）易受到电源的影响。电子系统受电源的影响主要有以下两个方面：①电源发生的波动；②系统作用。其中，电源发生的波动指的是因电源波动产生的系统失调及信号紊乱；而系统作用影响指的是由于电源为系统各类型信号相互交叉的点而带来的影响。对系统作用而言，其大小程度需要和以下因素有关：①电源功率裕度；②滤波能力；③电源连线方式；④分布形状[2]。

2 自动化设备对电磁兼容技术的具体应用

对自动化设备而言，它是由以下几个部分组成的整体网络或系统：①微机系统（单片机）；②转换电路，包括D/A与A/D；③电源回路；④外围及其驱动电路；⑤通讯电路。对自动化设备在电磁兼容方面存在的问题进行分析研究的同时，还要对设备的组成部分或者是系统具有的电磁兼容特性进行充分研究。就目前而言，可以在自动化设备中使用的电磁兼容技术包括下列几种：

2.1 频率设计技术

该技术主要用于频率兼容问题有效解决，同时它在微机系统设计过程中也是一个很复杂的应用技术。对自动化设备的微机系统而言，其频率元应统一，并满足频率特性方面的要求。对于频率设计技术，主要包括以下内容：电平的核实、确定最高工作频率和降频与谐波分离。

2.2 接地技术

该技术主要包括以下两方面：①电源内阻分析；②接地点与地线设计。其中，电源内阻分析指的是对电源瞬时功率进行分析，而接地点与地线设计基本原则为实现频率和功率的隔离。对于频率隔离，指的是将高频和低频系统合理分开，而功率隔离指的是将大功率与弱功率合理的分开。

2.3 电源技术

①指对电源特性进行设计，比如对电源而言，应有足够电流吸收能力，且功率裕度可以达到相关要求；②选择适宜的电源性质，比如用电池或者是整流电源，电源具体类型，是否要对电源间进行交换，采用集中供电方式还是分布供电方式[3]。

2.4 布线技术

想减小管脚与连线间存在的干扰和影响，需要对具体的分布参数予以合理限制。对分布参数而言，一般主要是由布线情况决定的。基于此，对系统或者是设备的电磁兼容而言，布线是十分重要的一点，同时这也是对电磁兼容的具体展现。从布线技术的角度讲，主要有以下几种：环绕式的布线、确定合适的线径、对布线进行分层处理。

2.5 降频控制技术

对于高频信号及其输出，应在使系统得以正常高效运行的基础上适当降低频率，针对部分输出信号，通过对平滑措施的合理应用，比如在LED电路当中添加合适的电容与电阻，实现降频目标。如果输出信号有很大功率，如PWM信号与阶跃信号，则应高度重视降频处理。

2.6 多层板去耦

伴随微机系统频率不断升高，和电路尺寸日益减小，对于多层板电路，它现在已经成为常用印制电路板。对这种多层板而言，它的一个关键的功能就在于能极大的减小系统不同连线间存在的影响。

2.7 表面贴片技术

对表面贴片而言，它是指将集成电路和电路板结合成整体，属电路制作技术范畴。在集成电路出厂过程中，无需进行封装，可对裸芯片实施直接出厂。在电路的制作过程中，通过对焊接技术的合理应用，将裸芯片和电路板粘接到一起，该电路不仅体积轻便，而且具有很高的兼容性。

2.8 软件技术方法

如果外界干扰窜入或对应用程序运行造成影响与破坏，则会使应用程序出现跑飞的现象，导致程序的走向出现错误，无法对芯片中的信息及其变化予以正确响应，最终产生一定程度的误动作。对此，可采用以下措施来解决软件的抗干扰问题：①加入空指令，其主要目的在于使微机系统指令地址能够纳入到正规，为后续指令的正确执行创造良好基本条件；②收留井法，也就是在施加的空指令基础上追加出现跑飞现象的处理程序；③对主程序进行定时监视；④利用主程序对中断的实际运行情况进行监视；⑤合理应用容错技术，利用时间或者是信息的冗余来实现抗干扰，并有效提高系统的运行可靠性。

因自动化设备所处运行环境往往极为恶劣，所以应对自动化设备的安装和运行环境进行实时监控，并采取有效的能提高抗干扰水平的技术措施。就目前而言，在工程上，主要可以采用以下几种方法：①机箱使用具有良好导磁性能的材料，并保证设计尺寸的合理性与可行性，而且插接件实际布置与接线端子引出都科学合理；②对于设备的安装环境需要制定专门的技术措施，以主控室为例，需要采取合理可行的屏蔽与接地技术措施；③设备的运行操作及管理人员应参与电磁兼容方面的专门培训，并在正式上岗以前经过专项考核，未经考核与考核未通过的人员均不可上岗；④根据实际情况制定有效的其它措施。

3 电磁兼容性未来需要重点考虑和解决的问题

（1）在集成电路中使用的封装材料，往往含有一定量放射性同位素，如铀与钍等，其原子裂变后会产生大量T射线，导致存储器发生误动作。对此，应从制造方面入手，充分重视电磁兼容方面的问题[4]。

（2）数字电路和软件之间的充分结合，能有效抑制干扰，且软件应用会占据很大比重。

（3）对于抗静电干扰，通过对静电保护涂覆等技术的应用，填补静电保护方面的不足。

（4）在干扰情况越来越复杂的条件下，统计处理方面的方法必定得到更多的应用。

（5）认为光纤电路抗电磁脉冲干扰是现在效果最为显著的途径。

4 结束语

综上所述，对当前的电力自动化设备而言，重点是要研发并应用先进合理的电磁兼容新技术，并设立相应的检验及测试标准，积极培养专门人才，不断研究该领域的新方向及新问题，推动自动化设备更好发展。