張興超，王 陸

（昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院電氣與信息工程學(xué)院，云南昆明 650106）

0 引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子工業(yè)得到了飛速發(fā)展，各種自動(dòng)化儀表被廣泛應(yīng)用于電力、化工、石油、交通、建筑、通信和國(guó)防等領(lǐng)域。電力儀表是電力系統(tǒng)中一類具有控制電氣設(shè)備、測(cè)量電力參數(shù)、監(jiān)視和分析電能質(zhì)量等功能的電力測(cè)量及控制設(shè)備。作為電力網(wǎng)絡(luò)前端的一種信息采集元件，電力儀表的可靠性是智能電表的一項(xiàng)重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化控制和測(cè)量發(fā)揮著重要作用。為使電力儀表能更好的應(yīng)用到電力工業(yè)中，應(yīng)結(jié)合設(shè)備運(yùn)行性質(zhì)和特征，加強(qiáng)其可靠性分析、提升抗干擾能力、防止出現(xiàn)故障，以確保電力系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。鑒于此，闡述電力儀表可靠性研究的意義，對(duì)其影響因素進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出一套提高電力儀表可靠性的抗干擾方法。以減小各種干擾因素對(duì)電力儀表產(chǎn)生的影響，優(yōu)化其實(shí)際應(yīng)用效果，推動(dòng)電力儀表行業(yè)的健康發(fā)展。

1 電力儀表可靠性研究的意義

電力儀表具有信息測(cè)量、數(shù)據(jù)記錄以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制功能，被廣泛應(yīng)用于電力生產(chǎn)和電能的計(jì)量管理中。作為電力參數(shù)的重要監(jiān)測(cè)工具，電力儀表的精準(zhǔn)測(cè)量功能及其可靠性要求對(duì)于反映產(chǎn)品質(zhì)量是否符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。其可靠性要求主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：一是性能需滿足電力工業(yè)生產(chǎn)的基本監(jiān)測(cè)功能；二是滿足電能生產(chǎn)過程中的持續(xù)應(yīng)用功能。電力儀表的技術(shù)性能和可靠性之間關(guān)系密切，相互影響。工業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展使得電能需求迅速增加，推動(dòng)了電力行業(yè)的發(fā)展；同時(shí)要求電力系統(tǒng)擁有更高的安全性和可靠性。電力生產(chǎn)過程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要在運(yùn)行過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)加裝電力儀表進(jìn)行相關(guān)信息的監(jiān)測(cè)，以保證安全性。而較低的故障率是保證龐大數(shù)量的電力儀表可靠性和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提條件。因此，需要不斷的完善電力儀表可靠性，以確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行和電能的穩(wěn)定供應(yīng)。

2 電力儀表可靠性的影響因素

為了增強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)電力儀表的可靠性，使整個(gè)電力系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)分析控制特點(diǎn)和相關(guān)影響因素。在電力系統(tǒng)的電能生產(chǎn)及運(yùn)行過程中影響電力儀表可靠性的因素很多，而起關(guān)鍵作用的有3點(diǎn)。

（1）施工人員的綜合素質(zhì)因素。電力儀表施工人員作為儀表工程項(xiàng)目的主體，其工作態(tài)度、責(zé)任心、技能水平和對(duì)圖紙的熟悉程度等，都與儀表可靠性有著直接的聯(lián)系。不能嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定、施工過程不細(xì)心以及圖紙分析不清楚等，最終都會(huì)造成電力儀表的安裝錯(cuò)誤、顯示精度低等問題。

（2）監(jiān)管因素。電力儀表在正常運(yùn)行時(shí)，只有體現(xiàn)了科學(xué)性、專業(yè)性與合理性，才能保證可靠性符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，應(yīng)在使用過程中，加強(qiáng)管理力度，提高監(jiān)管水平，從而保證可靠性滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

（3）環(huán)境與應(yīng)用因素。受外界條件的影響，電力儀表在使用過程中應(yīng)科學(xué)規(guī)范操作，以充分發(fā)揮實(shí)際作用。影響可靠性的外界因素主要有3點(diǎn)：一是環(huán)境條件，包括生物、化學(xué)、氣候、電磁和機(jī)械等對(duì)電力儀表運(yùn)行造成的干擾；二是動(dòng)力因素，包括流體源（氣體、液體）和電源等影響電力儀表性能的動(dòng)力源穩(wěn)定性；三是負(fù)載因素，系統(tǒng)負(fù)載與電力儀表特性不符等，也會(huì)影響性能的發(fā)揮。

3 電力儀表抗干擾方法研究

通過對(duì)影響因素的分析發(fā)現(xiàn)，可以通過提升施工人員的綜合素質(zhì)、加強(qiáng)監(jiān)管力度、優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)及提高抗干擾能力等方法，保證電力儀表可靠性。為此從電力儀表抗干擾方法研究入手，來實(shí)現(xiàn)可靠性的有效提升。

3.1 硬件抗干擾設(shè)計(jì)

電力儀表的硬件電路多采用微控制器等數(shù)字器件進(jìn)行設(shè)計(jì)，容易受到外界干擾的影響。針對(duì)電源輸入端口產(chǎn)生的諧波和浪涌等干擾，可采用圖1的電源保護(hù)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，該電路具有濾波、抑制浪涌和脈沖干擾的作用。另外，還可以利用模塊化的設(shè)計(jì)思想對(duì)硬件電路進(jìn)行分模塊供電，從而避免系統(tǒng)各模塊之間互相干擾。

為了有效抑制耦合噪聲，可以對(duì)電力儀表的硬件電路進(jìn)行接地設(shè)計(jì)，以阻斷外界環(huán)境造成的干擾。根據(jù)信號(hào)的不同形式，接地可劃分為模擬地和數(shù)字地。兩種接地形式應(yīng)分開設(shè)計(jì)，以避免數(shù)字電路中的脈沖信號(hào)進(jìn)入模擬電路。另外，還可以采用單點(diǎn)和多點(diǎn)接地相結(jié)合的方式對(duì)不同的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提高接地系統(tǒng)的抗干擾能力。

圖1 電源保護(hù)電路

通過隔離設(shè)計(jì)將噪聲源與硬件電路進(jìn)行隔離，可有效防止噪聲信號(hào)進(jìn)入電力儀表的硬件系統(tǒng)。常用的隔離措施包括變壓器隔離、繼電器隔離、光電耦合隔離、放大器隔離和布線隔離等。

3.2 軟件可靠性設(shè)計(jì)

智能電力儀表通常采用微控制器與微計(jì)量芯片相結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。為避免總線在通信過程中受到干擾，可在軟件系統(tǒng)中加入濾波程序。常用的數(shù)字濾波方法包括一階遞歸濾波、限幅濾波、算數(shù)平均值濾波、遞推平均值濾波、中位值濾波法以及符合數(shù)字濾波等。

微處理器受到外界干擾時(shí)可能發(fā)生程序“跑飛”，造成操作系統(tǒng)的混亂。可利用軟件陷阱設(shè)計(jì)引導(dǎo)程序進(jìn)入一個(gè)特定地址，并進(jìn)行錯(cuò)誤處理，以穩(wěn)定“跑飛”程序。為保證這一過程的信息安全，可采用分散分布存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)冗余設(shè)計(jì)方法，以提高數(shù)據(jù)的生存概率。為防止程序發(fā)生死循環(huán)，可采用軟件“看門狗”設(shè)計(jì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，以擺脫干擾。另外，微處理器在向存儲(chǔ)器寫存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，外界干擾也會(huì)造成數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤存儲(chǔ)；可采用數(shù)據(jù)校驗(yàn)的方法，以確保數(shù)據(jù)的正確寫入。

3.3 其他抗干擾方法

除以上軟硬件抗干擾方法和可靠性設(shè)計(jì)外，在電力儀表生產(chǎn)使用過程中，還可通過一些其他抗干擾注意事項(xiàng)提高可靠性。例如，依據(jù)可靠性指標(biāo)合理選擇元器件、嚴(yán)格進(jìn)行出廠校驗(yàn)、儀表參數(shù)的裕量設(shè)計(jì)、可靠的生產(chǎn)工藝以及焊接裝配過程中提前進(jìn)行高溫老化處理等。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)水平的提升，電力儀表在電力系統(tǒng)及工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。電力儀表可靠性是其實(shí)現(xiàn)優(yōu)良性能的關(guān)鍵因素，結(jié)合使用環(huán)境加強(qiáng)可靠性分析和抗干擾設(shè)計(jì)，能夠保證具有良好的應(yīng)用效果，且對(duì)于提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行能力具有重要意義。