周小薇

黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 黃岡 438002

當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中存在著來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的影響它正常工作的各種因素，特別是對(duì)于那些微弱的信號(hào)，受到這些因素的影響更加嚴(yán)重，我們把這些影響因素成為“干擾”。系統(tǒng)干擾過大不僅會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果，導(dǎo)致系統(tǒng)按照錯(cuò)誤的信息錯(cuò)誤運(yùn)行還可能導(dǎo)致系統(tǒng)紊亂等嚴(yán)重后果。只有找到干擾類型和來源以及干擾途徑，才能有效的采取措施消除干擾。根據(jù)產(chǎn)生干擾的原因，干擾的主要來源有機(jī)械干擾、熱干擾、光干擾、濕度變化干擾、化學(xué)干擾、電磁干擾、輻射干擾等。在電力控制系統(tǒng)中，隨著輸電電壓的增高和電網(wǎng)容量的不斷增大，控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平的要求也不斷提高。在以微型控制器為核心的繼電保護(hù)、電網(wǎng)控制、通信設(shè)備等系統(tǒng)在電力控制系統(tǒng)中均得到廣泛采用，所以影響電力控制系統(tǒng)的主要干擾來自電磁干擾，那么控制系統(tǒng)中一個(gè)重要的問題——電磁兼容，便引起了研究人員的高度重視。如果干擾信號(hào)引起一些保護(hù)裝置或自動(dòng)控制裝置出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作，甚至引起整個(gè)系統(tǒng)不穩(wěn)定，這些都可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)事故的出現(xiàn)，后果嚴(yán)重。下面針對(duì)某水電站貫流式水輪機(jī)調(diào)速器控制系統(tǒng)具體分析其抗干擾措施和電磁兼容技術(shù)的應(yīng)用。

1 系統(tǒng)的干擾源

自動(dòng)控制系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)主要包含兩方面內(nèi)容，一是控制系統(tǒng)本身的電磁發(fā)射不影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行；二是提高系統(tǒng)本身抵御外部電磁干擾能力。一般來說，系統(tǒng)或設(shè)備不可能完全避免電磁干擾。抑制干擾的基本措施中找出干擾源并消除它是最有效和最徹底的方法，但實(shí)際中的干擾源是沒有辦法徹底消除的，但是可以通過分析找到主要干擾源后，利用電磁兼容技術(shù)采取合適的方法來提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

在本系統(tǒng)中主要的電磁干擾源及傳遞方式有以下幾方面：

1）經(jīng)導(dǎo)線侵入：包括從電源電路侵入的噪聲、從信號(hào)輸入輸出線侵入的噪聲和從控制線侵入的噪聲；

2）空間輻射和感應(yīng)：以電磁波形式發(fā)射和平行配線及多芯電纜形成的電磁場(chǎng)的靜電感應(yīng)（高阻抗電場(chǎng)靜電耦合）；

3）大地與接地電路侵入：由地線侵入噪聲、接地線作為天線，輻射噪聲、接地點(diǎn)間的電位差。

2 系統(tǒng)抗干擾的措施

找到干擾源后就可以針對(duì)干擾源及其傳遞途徑采取相應(yīng)的抗干擾措施，來消除干擾信號(hào)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的影響。主要措施如下：

1）接地

接地時(shí)常用的抗干擾措施，在強(qiáng)電技術(shù)中接地是為了安全，地線也稱為保護(hù)地線，但是在電子線路中地線一般指電信號(hào)的基準(zhǔn)單位，稱為公共參考端。自動(dòng)控制系統(tǒng)中的電磁設(shè)備，如果接地電位發(fā)生變化，是產(chǎn)生干擾的一個(gè)重要原因。

（1）信號(hào)源接地：工作現(xiàn)場(chǎng)的傳感器相當(dāng)于信號(hào)源與檢測(cè)裝置（控制室）之間的地線要進(jìn)行適當(dāng)連接可大大提高系統(tǒng)抗干擾能力。

（2）負(fù)載地線：負(fù)載上的電流一般較大，可能對(duì)前一級(jí)有一定的干擾，此時(shí)負(fù)載地線和其他地線分開，采用磁耦合或光電耦合來實(shí)現(xiàn)隔離。

（3）模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)地線：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的零電位公共線分開，即兩者地線分開避免數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾。

2）屏蔽

利用金屬材料制成容器，并將電路放置其中保護(hù)起來，可以防止電場(chǎng)和磁場(chǎng)的耦合干擾，稱為屏蔽。在本控制系統(tǒng)中主要進(jìn)行如下屏蔽措施。

（1）使用銅質(zhì)網(wǎng)狀屏蔽電纜，利用導(dǎo)電性能良好的金屬材料作為屏蔽層，讓高頻干擾電磁場(chǎng)在屏蔽金屬層產(chǎn)生電渦流，消耗掉干擾能量，并可抵消高頻干擾磁場(chǎng)。同時(shí)將屏蔽金屬層接地還可起到靜電屏蔽的作用。

（2）系統(tǒng)所用到的各種變壓器的一、二次側(cè)之間插入一個(gè)留有縫隙的導(dǎo)體并將該導(dǎo)體接地實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽，同時(shí)還可以防止一、二次側(cè)繞組間的靜電耦合。

（3）為防止外部的高頻干擾信號(hào)通過系統(tǒng)的輸入端子進(jìn)入控制系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)，可在輸入端子上與地之間接一個(gè)耐高壓的小電容，利用電容的隔直通交的特性將高頻干擾信號(hào)對(duì)地短路，防止其進(jìn)入控制系統(tǒng)內(nèi)部。

因此，在調(diào)速器設(shè)計(jì)和施工過程中，把接地和屏蔽很好地結(jié)合起來，將可以解決大部分干擾問題。

3）隔離

阻止干擾進(jìn)入系統(tǒng)的措施中還可以把輸入信號(hào)和輸出信號(hào)進(jìn)行隔離。主要采用以下幾種隔離措施：

（1）頻率信號(hào)的隔離。調(diào)速器所用的頻率信號(hào)主要是機(jī)組頻率和電網(wǎng)頻率，它們都處于強(qiáng)電回路中，不可以將它們直接接入系統(tǒng)中，此時(shí)需要采用隔離變壓器進(jìn)行隔離，這些隔離變壓器一、二次繞組之間要有屏蔽層，而且屏蔽層必須安全接地，才能達(dá)到較好的隔離效果。

（2）開關(guān)量輸入、輸出的隔離。調(diào)速器開關(guān)量的輸入，主要是現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)、按鈕、監(jiān)控系統(tǒng)的開關(guān)量指令、傳感器信號(hào)、人機(jī)對(duì)話單元指令，輸出量主要是電—機(jī)轉(zhuǎn)換裝置。整個(gè)系統(tǒng)由PLC控制，一般采用光電隔離或光電耦合方式實(shí)現(xiàn)隔離。

（3）其他隔離措施。注意強(qiáng)、弱信號(hào)不使用同一根電纜，強(qiáng)信號(hào)電纜和弱信號(hào)電纜分開，并且盡量避開電力電纜。

4）濾波

濾波器是抑制噪聲干擾的重要手段之一。對(duì)于模擬量信號(hào)回路的差模干擾，采用在電源輸出端、測(cè)量電路輸入端、放大器輸入端加入濾波器阻止干擾信號(hào)進(jìn)入放大器，使干擾信號(hào)衰減，防止干擾進(jìn)入系統(tǒng)；對(duì)于共模干擾，可以采用平衡電路，使對(duì)稱電路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的噪聲相等，相互抵消來抑制。

綜合以上的抗干擾措施，可以使系統(tǒng)的抗干擾性能大大提高，保證自動(dòng)控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

3 結(jié)論

隨著計(jì)算機(jī)電子技術(shù)逐漸地向高頻率、高速度、寬頻帶、高可靠性、高靈敏度、高密度（小型化、大規(guī)模集成化）、大功率、小信號(hào)運(yùn)用和復(fù)雜化方向發(fā)展，電磁干擾已成為系統(tǒng)和設(shè)備正常工作的突出障礙，尤其是對(duì)電力系統(tǒng)中的調(diào)速器設(shè)備的干擾更為突出。由于水輪機(jī)組調(diào)速器控制系統(tǒng)性能的好壞直接影響到水電站機(jī)組的安全和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，更加需要做好抗干擾措施。本文通過分析干擾源及途徑采取合理有效的抗干擾措施使整個(gè)調(diào)速器控制系統(tǒng)不論是運(yùn)行的可靠性還是穩(wěn)定性都有了很大的提高。研究電磁兼容性技術(shù)對(duì)提高系統(tǒng)抗干擾能力具有重要的意義。

[1]李迪.電磁兼容設(shè)計(jì)與測(cè)試[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2]白同云，呂曉德.電磁兼容設(shè)計(jì)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001.