分析电力系统中的电磁兼容.doc

分析电力系统中的电磁兼容【摘要】本文结合笔者所从事工作的经验总结，简要的分析了电力系统中电磁兼容的特点,阐述电力系统自动化设备的电磁兼容的特殊性,并主要提出了几种较为实用的电磁兼容技术。【关键词】电磁兼容；电磁干扰来源；微机系统；设计方法0引言随着我国经济的快速发展，电力行业也是在逐步的走向成熟，其中电力系统自动化更是得到广泛应用,同时电力系统自动化设备的电磁兼容问题也越来越突出。其中最主要的是电力系统继电保护、通信、控制和测量领域中应用的计算机系统,电磁兼容问题较为突出。电磁兼容性(electromagnetic compatibility简称emc)指的是设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰能力。电磁兼容技术是以解决实践中的电磁干扰而出现并发展起来的一门新兴学科。从广义角度来讲,电磁兼容技术要研究和解决的问题是电气、电子设备及系统以及人类或动植物在一个共同的电磁环境中的安全共存问题。它既包括电气、电子设备之间的相互干扰,也包括自然界电磁干扰(宇宙干扰、天电干扰、雷电干扰等)对电气、电子设备、人或动植物的电磁影响或电磁效应。电磁干扰的传输有传导和辐射两种形式,归纳起来,任何电磁干扰都是由三个基本要素组合而产生的,它们是电磁干扰源(或发射机)、干扰体(或接受器)、传输通道(耦合机制)。相应地对抑制所有电磁干扰的方法也应由这三要素着手解决1。电力系统自动化设备在获取信息和传送信息的同时,不可避免地要感受到来自不同渠道的电磁干扰的影响。例如,发电厂内强工频磁场干扰计算机监控系统使屏幕显示器的画面扭曲变形和抖动;发、变电站内使用步话机时引起继电保护误动或误发信号,或是使发电机调速器和励磁调节器的调节量大幅度摆动。为了保证电力系统自动化设备安全可靠的运行,在开发研制自动化设备的同时,就要分析其抗电磁干扰的可行性,并通过完善的试验、测试和分析研究来确立相关设备的电磁兼容技术。目前在发达国家里形成了一套完整的emc技术工作体系,包括理论研究、试验与测试、规范标准及抗干扰技术等,欧洲几国并按照其制定的电磁兼容标准对进入其市场的电气、电子设备进行标准试验与测试。随着我国加入世界贸易组织日期的临近,提高我国电力系统自动化设备在国际市场和国际招标的竞争能力,亟需加强emc技术的研究和技术管理工作,亟需使emc技术标准和技术管理标准与国际标准接轨。1自动化设备电磁干扰的来源由众多的一次系统设备和二次系统设备集合的系统称之为电力系统,电力系统自动化设备作为二次系统设备的一部分,其产生的电磁干扰来源十分复杂。其中外来电磁辐射、一次系统设备、二次系统设备、二次系统设备之间、自动化设备内部元件之间、各传送通道间的电磁干扰均对自动化设备产生干扰与破坏。2微机系统电磁兼容2(1)自动化设备中包括以微机系统为核心的大规模数字电路和模拟电路,其中用到最多的是集成电路块、二极管、微分电路、a/d转换电路、d/a转换电路,他们既是干扰源,又是对干扰的敏感器件,尤其以cmos、d/a最为敏感。(2)干扰信号在微机系统表现的形态有差模与共模两种形态。电磁干扰侵入微机系统的主要途径有电源系统、传导通路、对空间电磁波的感应三方面,其中静电场、电磁场的感应在微机系统内部普遍存在,静电是cmos电路的大敌。由于微机系统工作于低电压大电流方式(5v、几百安),电源线、输入输出线构成高速大电流回路,故有较强的电磁应。(3)微机系统之间的系统内部传输线有延时、波形畸变、受外界干扰等三方面问题。3电磁兼容技术的设计方法影响微机系统电磁兼容性的因素见下式:n() =g()c()/i()式中:n()为干扰对系统(或设备)的影响;g()为干扰的强弱;c()为干扰传输的耦合函数;i()为受干扰系统(或设备)的抗干扰能力,即敏感度阀值。显然,影响系统(或设备)受干扰严重程度的因素有三个方面,他们都是频率的函数。该数学模型提示了提高抗干扰能力的原理是:切断干扰源,即减小g();减小耦合,即减小c();提高受干扰系统(或设备)的敏感度阀值,即加大i()。在实际情况中,往往是三个因素综合考虑,并按的顺序去采取措施,以获得最佳的效果。4电磁兼容技术在电力系统自动化设备中的应用电力系统自动化设备是由微机系统(或单片机系统),d/a转换电路、a/d转换电路、电源回路、外围驱动电路、外围电路、通讯电路等构成的一个系统或者一个网络。在研究电力系统自动化设备电磁兼容问题的同时,也要对其各个构成电路或系统的电磁兼容性加以重点研究。目前,我国电力系统自动化设备电磁兼容技术主要有以下几种3:(1)频率设计技术频率设计技术要解决的是频率兼容的问题,也是微机系统设计中的比较复杂的技术之一。微机系统要能使用统一频率元,保证频率特性的要求。频率设计包括电平(幅度边沿和频率)核实、最高工作频率设计以及降频和谐波分离(低频信号的频率不与高频信号成整倍数,特别是a/d转换的速率)技术;(2)接地技术接地技术包括两个方面,一方面是电源内阻分析技术,另一方面是接地点和地线设计技术。电源内阻的分析实际上就是对电源最大瞬时功率的分析。接地点和地线分析设计的原则是做到频率隔离、功率隔离。频率隔离是指高低频系统分开,功率隔离是指弱功率和大功率分开;(3)电源技术电源技术一方面包括了电源特性的设计,例如电源要保证有适当的容性电流吸收能力和一定的功率裕度,另一方面还包括系统电源性质的选择,如使用电池还是使用整流电源,所有电源的种类,电源之间是否需要交换,集中供电还是分布式供电等;(4)布线技术要降低各管脚和连线之间的相互影响,必须对分布参数加以限制。分布参数主要有系统的布线所决定,因此,布线是系统或设备电磁兼容技术的关键,也是系统或设备电磁兼容技术设计的基本体现。布线技术包括环绕布线、线径选择、分层处理等;(5)降频控制技术对输出的高频信号,在保证系统正常工作的情况下尽量降低频率,对某些输出信号采取平滑措施(例如led驱动电路中加入适当的电阻和电容)。对功率较大的输出信号(包括低频阶跃信号,如pwm输出等)尤其要考虑降频处理;(6)多层板去耦技术随着微机系统的频率越来越高以及电路的几何尺寸不断缩小,多层板电路已成为印制电路板的主要模式。多层板的一个重要功能就是可以大大地降低系统各连线之间的分布参数影响;(7)软件技术方法当外界干扰窜入并破坏了程序的正常运行时,就会产生程序“跑飞”,程序走向错误,中断不响应和芯片内信息发生变化,从而产生误动作等。通常可以通过如下几种方法实现软件抗干扰:加入空指令,目的是使微机的指令地址纳入正规,以便执行下面的指令;收留井法,即在空指令后再增加处理“跑飞”的程序;定时监视主程序;由主程序监视中断运行情况;采取容错技术,用时间冗余或信息冗余方法进行抗干扰和提高可靠性。5结束语综合以上所阐述，随着电力系统自动化设备的广泛应用, 电磁兼容技术问题越来越突出, 必须充分注意并加以研究。结合电力系统电磁兼容的特点, 阐述了电力系统自动化设备的电磁兼容的特殊性, 提