电力系统中的PLC 抗电磁干扰技术分析

陈冰 漯河职业技术学院

PLC 技术又称作可编程逻辑控制器，能够在用户指令调控下执行逻辑运算、定时、顺序控制等功能，是实现电气工程自动化控制的核心技术，由于使用便捷、功能完善、适用范围广、可靠性强等优点，在电力系统中得到了广泛应用[1]。PLC 虽然抗干扰能力强，但是在电力系统运用过程中，由于高电压高电流电缆及设备产生的电场磁场、大型电力设备启停引起的谐波、低压设备开合引起的快速瞬变干扰、雷击引起的浪涌、电网短路暂态冲击等因素，会受到较强的电磁干扰，导致系统失控，影响到电力系统的正常运行。为了规避电磁干扰，在PLC 产品研发及应用过程中，应优化其电磁兼容性（EMC），采取合理的PLC 抗电磁干扰技术。

1、PLC 系统电磁干扰

电磁干扰感应模型中有三个要素，具体为：①干扰源。所有能够对PLC 系统产生电磁干扰的设备及环境都属于干扰源，而PLC系统对于其他电力设备而言也有可能是干扰源；②耦合路径。电力线路、通信电缆及空间环境都是干扰信号传输至PLC 系统的耦合路径；③敏感设备。PLC 系统的组成部分，比如说元器件、电子设备、电路板等都可能是敏感设备[2]。

1.1 空间电磁辐射

在电力系统中，存在大量电力装置及电磁辐射装置，这些都会产生干扰PLC 控制系统运行的电磁干扰信号。在PLC 系统运行过程中，空气静电放电、雷击引起的浪涌，会产生强电磁环境，在这一环境下，系统的电感和电容将因为电磁感应发生变化，影响到系统的正常运行。总的来说，PLC 系统所受到的空间电磁辐射在风险和强度上是比较高的，而且其干扰程度与系统受现场工作环境的限制程度相关。

1.2 PLC 外接线干扰

在PLC 控制系统运行过程中，会接收到电源和信号线导入的PLC 外接线干扰，这属于典型的传导型干扰模式。在电力系统中，PLC 控制系统需要借助电网供电，当电网中电力设备启停，会出现电网短路暂态冲击与谐波变化，产生脉冲信号，供电品质不稳定，对PLC 控制系统产生电源干扰。此外，我国电网布设范围极广，电磁干扰作用会持续形成高频谐波信号，进一步对PLC 控制系统产生影响，尤其是在电网感性元器件断开时，会形成远超于额定电压值的瞬间电压，其脉冲功率对于 PLC 的破坏性极大。PLC 控制系统拥有强大的通信功能与控制功能，这些功能的实现依赖于各类信号传输线，而这些线路在传输信号时，容易受到外界信号干扰，这些干扰来源于共用信号仪表的相关供电电源，以及电磁信号引发的感应。通信信号的传递，会直接影响到PLC 控制系统的指令，如若信号传递受到干扰，很有可能导致传输的信息不准确，继而引起误操作[3]。

1.3 PLC 系统自身干扰

PLC 控制系统由于设计上的缺陷，逻辑控制电路通电后，会形成电磁辐射信号，不过相较于空间电磁辐射、PLC 外接线干扰，系统自身干扰作用较低。

2、电力系统中的PLC 抗电磁干扰技术

针对PLC 控制系统电磁干扰，可采取的防控策略有以下三种：①减少PLC 系统自身产生的干扰信号，从而减少干扰源；②基于不同电磁干扰类型，采取合理的方式切断耦合路径，比如说空间电磁干扰，主要考虑如何减小辐射强度；③保护敏感设备。优化PLC 产品设计，提升其抗电磁干扰能力，同时在电力系统建设过程中，采取接地、屏蔽、隔离、滤波等外部措施，保护好PLC 控制系统的敏感设备。

2.1 电源抗干扰的有效设计

电源是PLC 控制系统运行的关键，降低电源干扰，对于强化系统抗电磁干扰能力有着积极作用。在电力系统中，选择供电品质佳、供电稳定的电源，选择双绞线作为电源线，同时在交流电源输入端子前安装低通滤波器、隔离变压器等防护装置，来过滤谐波信号及高频干扰信号，降低传导型及辐射型电磁干扰，确保PLC 控制系统供电的稳定性[4]。除此之外，可以直接选用抗电磁干扰能力的供电系统，比如说在线式UPS 供电系统。

2.2 接地抗干扰的有效设计

在规划PLC 控制系统在电力系统中的应用方案时，优化接地设计，确保系统稳定运行。现阶段，电力系统常采用电容式接地、直接接地、浮地等接地方式，基于 PLC 控制系统特性，最好采用直接接地方式，选用并联一点式的接地设计，让系统中各个电力装置的中心接地点能够以各自的接地极直接连接上接地线，有效避免接地电磁干扰。同时，在原材料选择上，应选择以粗线圈为核心的接地线，这样能够有效降低各个电路部件间的地电势差值，从而规避地环电流对系统产生的干扰。

2.3 输出和输入的抗干扰设计

系统设计过程中，为有效降低信号传输过程中受到的干扰，可将交流信号输出与输入的压敏电阻与浪涌吸收器并联，这样信号通过负载时，可降低反电动势对于信号传导模块的影响，而且，如若与输入信号并联的感性负荷超过限定范围，可以安装继电器来进行中转，便捷高效。针对 PLC 控制系统输出负载过程中产生的电磁干扰，可采取直流输出口采取电路保护措施、交流输出口接阻容吸收电路或者压敏电阻的方式解决[5]。PLC 控制系统作业环境复杂，外界噪音大，可安装光耦合器来避免电磁干扰，这一装置由输出口、输入口两端的受光元件组成，能够实现信息光传递，从而实现输出与输入两端的电气隔离，经过光传递信息，让输出与输入能够在电气方面进一步隔离。

2.4 软件的抗干扰策略

在进行PLC 系统软件设计时，采用数字滤波技术，将模拟量信号经 A/D 转变为数字量信号，再输PLC 系统内，借助数字滤波程序，对信号进行二次处理，过滤掉噪音信号，留下有效信号，能够全面提升系统抗电磁干扰能力。

4、结语

电力能源是我国工业生产以及居民生活中应用最为广泛的一种能源形式，随着社会的发展，电力能源需求量逐渐增加，电力系统运行的安全性与稳定性要求也越来越高。基于电力系统自动化控制及智能化运行的需求，PLC 技术得到了广泛应用，且这一技术在应用过程中，由于电力系统中电流或电压的骤然变化，会受到较强的电磁干扰，导致系统通信不稳定乃至失控，影响到电力系统的运作。全面准确地分析PLC 系统电磁干扰的来源，探究其影响因素，优化PLC 产品的电磁兼容性设计，优化PLC 在电力系统中的应用方案，提升系统抗电磁干扰能力，能够有效规避或降低电磁干扰风险。