刍议如何提高水闸自动化控制的合理水平

周军

摘 要：运用遥测、遥控及计算机技术来对水位、闸门进行自动测量、运算和控制，对实现水资源的合理输送、节制和分配等现代化管理目标有着重要的作用。文章主要分析了干扰水闸自动化控制系统正常运作的因素，并提出了相对应的策略以提高水闸自动化控制的水平。

关键词：水闸；自动化控制；干扰因素

1 干扰水闸自动化控制系统的因素

水闸自动化控制系统的运行具有独特性和复杂性，容易受到外界干扰因素的影响，虽然大部分干扰因素不会使自动化控制系统设备和仪器受损，但会致使微机系统运行出现失控，从而影响到水闸自动化系统的控制性能。具体来讲，干扰因素主要有以下几个方面。

1.1 供电线源瞬时压降的干扰

水闸的组成构件中都会有大功率设备，单机容量非常大，可以达到几百千瓦的级别，且功能作用各不相同，有的闸站有节制闸、有船闸或是泄洪闸等，这些闸门的关启都是由电动机带动完成的。电动机在启动的时候会对电网产生电感负载，特别是在电动机启动的瞬间，其启动电流能达到正常工作时电流的5～8倍，因此，就在启动的瞬间电网的输电线路内阻会产生很大的压降，特别是在电网降压变电器容量比较小的情况下，这个压降会更加明显。如果将不同功能的闸门同时启动的话，这些大功率设备就会瞬间在输电线路网上产生更大的压降，而水闸自动化控制系统的电源就连接在供电的电源上，在瞬间压降的影响下可能会造成自动化控制系统的失控。

1.2 电气设备的脉冲干扰

在水闸附近会有很多的电气设备，比如电动机、中间继电器、变压器、电磁接触器等等，这些都是属于电感负载，在接入电流时会有低压过电流产生，断开时就会有高压过电流产生，随着电流的接通和断开，电感负载会发生变化，从而会产生瞬间的脉冲干扰，所产生的电压幅值能够达到几十到几百伏，甚至是几千伏，其所产生的干扰电压频率一般为几百赫兹到几兆的赫兹。干扰电压的影响时间可能持续不到1秒钟，但由于继电器和交流电磁接触器的开关触点会产生反弹作用，从而使继电器和交流电磁接触器会有电弧放电现象，特别是在负载切断瞬间，电弧放电会产生尖峰干扰过电压，严重时会引起高频电磁辐射干扰，最终影响到水闸自动化控制系统的正常工作运作。

1.3 供电线路浪涌干扰电压

水闸建设所在地一般都是在农村或是郊区，其电力来源属于农村电网供电范畴内。农村供电网一般都远离供电电厂，电网输送线路长，沿途分布有很多的用电单位和部门，用电设备比较多，到了水闸用电处供电电压、周波的质量都要比较差，特别是经常会出现忽高忽低的电压变动。农村供电网沿途上的负载多且复杂，导致负载接地状况比较差，零线电位没能实现实际意义的零电位，零线和地线间一般会有一个几十伏的差位，这对于低压数字电路来说所造成的干扰已经不小了，再加上农村供电线路长，火线和零线都会受到空间电磁场的干扰作用，从而在供电线路上产生浪涌干扰电压，影响到水闸自动控制系统的正常使用。

1.4 操作过电压干扰

在我国农村地区经常会存在电力供应不足的情况，为了调节电力负荷经常会采用轮流停电和在高峰负荷时段按频减负荷的做法来解决电力供应不足的问题。正是由于大负荷经常性的断、合，这就引起了操作过电压的产生，特别是在采用投入或断开补偿电容器法调节电网功率时，很容易就会引起尖峰过电压，使得产生的瞬间过电压会对水闸自动化控制系统产生很大的危害作用。

2 提高水闸自动化控制水平的抗干扰防护措施

上述干扰因素会对水闸的自动化控制水平产生极大的负面影响作用，严重降低了自动化控制的可靠性和安全性，因此，为提高水闸自动化控制水平就必须从软、硬件两方面着手来设防，提高系统的抗干扰能力和可靠性。

2.1 增强电源系统的抗干扰能力

综合上述的干扰因素来看，可以总结出水闸自动化和控制系统所受的干扰大多来自电源方面，其所产干扰途径有以下三个：一是以供电系统的电网为介质所引来的干扰，比如各种原因产生的过电压、低电压、高次谐波和雷击等等；二是水闸自动化控制系统的设备输入信号线受到供电电源线的影响而产生的干扰；三是各种电气设备和不同闸门的启闭、探照灯、电焊机等电源的相互干扰。为了防止这类途径引起的电源系统干扰，可以采取下类措施来规避：第一，用于给自动化控制系统供电的电源要尽可能电源独享，不要与其他的设备公用同一电源，最好就是能从外电降压变压器低压侧单独直接提供一路线给自动化控制系统使用；第二，在交流外电入口处接电源避雷器，以防止雷击、外电操作过电压等产生的浪涌过电压造成的损害；第三，自动控制系统供电属于农村用电范畴，电压波动较大，可以加装适合现场需求的交流稳压器；第四，采用隔离变压器来缩小初次级线圈间的分布电容和寄生电容，以减少外部高频干扰的串入；第五，根据抗干扰和设备阻抗的大小要求来采用低通滤波器，以改善畸变波形和滤掉交流电源的高频分量，以达到减少对电源系统的干扰。

2.2 采用电磁装置抗干扰措施

针对上文所提到的各闸门启闭机交流电源系统中的交流电磁接触器、中间继电器等的开关在启闭时会产生过电压和高频电磁辐射而引发干扰，因此，可以采用各类电磁装置的方法来防止这类干扰。首先，可以采用RC阻尼电路，它可以对陡峭上升的过电压产生很好的阻尼作用；其次，采用压敏电阻。作为一种半导体材料，压敏电阻的功能类似于稳压二级管，具有比较强的通流能力和良好的非线性、正反向特性，可以对浪涌过电压产生吸收作用，而且响应速度比较快；最后，采用硒堆二极管，其作用类似于阻尼电路和压敏电阻器。

2.3 输入信号线处的抗干扰措施

水闸自动化控制系统中有很多的输入信号，一般在上、下游水位都设置有传感器输入信号，为了防止输入信号因受交流外电、电磁等干扰而影响到自动化控制系统的正常运作，就需要从以下几方面来入手：第一，交流电源会对输入信号电缆线产生干扰作用，所以应该输入信号线和交流电源线分别走线，并尽可能将距离拉大；第二，为了防止水闸启闭时对输入信号线产生干扰作用，因此输入信号线应该尽量远离电力控制台和输出控制线；第三，输入信号线最好采用屏蔽电缆，并用地埋法，这样可以有效防止雷电的干扰；第四，为了避免雷电或是过电压串入到微机损害到系统主设备以及防止各类干扰从输入回线进入微机，所以需要用电位隔离法，一般采用光电耦合器。

2.4 输出控制信号线的抗干扰措施

由于水闸自动化控制系统闸门启闭机是由输出控制信号来直接驱动的，因此需要确保输出控制信号必须准确可靠，如果输出控制信号出现错误不但会对闸门设备造成损害，还会伤及过往船只，所以需要做好措施防止输出控制信号出错。首先，输出控制信号电路要跟系统微机电源分开使用，即不可共用一路电源，且地线也不能共用；其次，采用光电隔离和机电隔离多层次隔离并用的方式来对输出控制信号电路进行隔离，防止受到水闸自动监控系统强电设备启闭时产生的强负载的干扰；最后，可以采用屏蔽导线将不同功能的输出控制信号线屏蔽开来，防止相互串扰。

3 结束语

水闸自动控制系统由于外部环境相对比较恶劣，容易受到各种外界因素的干扰而影响正常的运转，因此，应该正确认识到各种存在的干扰因素，并采取有效的防护措施，以提高水闸自动化控制系统的运作能力，并保证运行的长期、稳定和可靠。

参考文献

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