电力系统中电子设备抗干扰技术研究与应用

李杰

摘要：电力系统中存在有大量的电子设备。电子测控设备的测量和控制对象通常是高压电源装置。这些设备将受到电磁辐射、雷电冲击和电力谐波的干扰。由于干擾的影响，电子设备的可靠性将大大降低，甚至出现误操作，影响正常运行。本文简要论述和分析了电子设备抗干扰技术在电力系统中的研究与应用。

关键词：电力系统；电子设备；抗干扰；应用

任何电力系统都需要大量的电子设备，而电子设备的控制设备通常是集成电路系统。集成电路最大的缺点是电信号弱，控制系统又是一种强电设备，很容易发生信号干扰。电子设备的准确性和可靠性将受到静电感应、高压输电等的影响，使系统不能正常工作。随着电子设备的不断普及，人们越来越重视电子设备的抗干扰能力。因此，抗干扰技术的研究已经变得十分重要。

一、干扰及干扰源的相关定义

电力系统中的电子设备在运行过程中会受到各种干扰的影响。干扰主要是指影响电子设备产生和增加误差的所有外部或内部因素，通常包括温度、湿度、磁场等环境因素，以及电子设备本身的相关因素。干扰源一般分为外部干扰源和内部干扰源两部分。外部干扰源包括在控制系统的开口处或开缝处辐射形成的干扰、电网传输过程的干扰、输电线路的反干扰、电力系统自身的辐射等。内部干扰通常指电磁辐射、信号辐射、电力传输干扰等。不完善的接地电路也会造成干扰。

二、干扰的类型和传播方式

在电力系统中，有较多的电子设备，一般属于强电流的性质，在工作过程中除了外部的干扰电磁波和闪电外，还有周围的磁场也会影响高压输电线路，干扰主要分为以下类型：1.静电干扰。静电干扰主要是指通过电容耦合方式进入其他电路的电场，电路周围的物体会受到电荷的影响。这些电荷会影响电路，电流导体通过寄生电容在导体之间形成电容，而产生的电场会对受扰装置产生耦合干扰。2.漏电耦合干扰。由于受环境影响，随着时间的推移，电力系统中电子设备的性能将会下降，因此经常出现漏电现象。漏电电流是泄漏耦合干扰的主要原因。3.磁场干扰。在电力系统中会有较多的电流导体，如动力线、电动机、发电机、继电器等。这些设备在工作时将产生磁场，而交变磁场会在周围的电路中产生一定的感应电位。磁场的干扰是空间磁场互感耦合引起的干扰。4.共阻抗感应干扰。共阻抗感应干扰是指在电路的各个部分中，导体的相互阻抗和接地阻抗产生的干扰，这是最常见的干扰。

三、电力系统中干扰源的类型

在电力系统中有许多干扰源，包括：（1）热干扰。在电子设备的运行过程中，会产生一定的热量。热能将会对电子设备内部的元件产生干扰。通常，具有较好的导热性的金属材料被制成防护罩，以屏蔽热能的干扰，或使用温度补偿元件等其他保护措施。（2）光的干扰。除热干扰外，物理方面也有光干扰。在光照的影响下，半导体材料会激发出电子，半导体器件的电阻和电势会发生变化。光干扰的预防通常依赖于具有光敏性的元件，而光敏元件被置于外壳内以阻挡外部光线。（3）机械干扰。在机器的振动和冲击下，电力系统中电子设备的原件会变形，从而改变电路原有的参数。一般来说，针对机械干扰使用减震弹簧或橡胶等措施。（4）电磁干扰。电磁干扰（EMI）是指电力系统中由电子电路产生的静电感应所引起的干扰。使用静电屏蔽和电磁屏蔽来抗干扰。（5）接触噪音。接触噪声主要是指电力系统中元件之间的电气接触产生的干扰。减少直流电流的措施通常是为了避免噪声干扰。

四、提高电子设备抗干扰技术研究

4.1屏蔽技术

屏蔽技术主要分为以下几种技术：静电屏蔽。电子设备中的大部分元件都是金属导体，电力系统又同时使用接地措施，静电场的电源线将在接地金属导体的位置被中断，以防止电场的发生。磁屏蔽，磁屏蔽主要是通过具有高导磁率的材料来改变干扰磁场的电路，从而抗干扰。电磁屏蔽，电力系统的屏蔽罩通常由金属材料制成。金属材料最重要的特点是导热性好。电磁场的电磁感应将在屏蔽体中形成磁场的反向涡流，从而避免磁场的干扰。

4.2接地技术

接地技术主要包括单点接地、多点接地和串联接地三种方式。单点接地是将所有的接地线置于一个点上，形成一个统一的接地电位，以避免地面系统之间的干扰。多点式接地通常用于高频电路和数字电路中，采用宽度较大的铜衬套作为接地母线，提高抗干扰能力。与其他两种接地方式相比，串联接地有许多缺点，但由于串联接地的方便操作，它仍被广泛应用。

4.3滤波技术

滤波技术通常是通过滤波器实现的。因此，滤波器的质量在电子器件的抗干扰技术中起着重要的作用。常见的滤波器包括：数字滤波器。数字滤波器处理信号的频率或波形，将输入信号转换为输出信号，并改变信号的频谱。数字滤波器是通过特殊的数字硬件设备实现的。有源滤波器。有源滤波器由被动元件和主动元件组成。有源滤波器最大的优点是能量损耗小，体积小，但由于有源器件的带宽限制，所以需要及时提供电力。无源滤波器。当信号变化缓慢时，被动滤波器可以更好地抑制差分模式干扰。常见的无源滤波器有低通滤波器、高通滤波器等。

五、信号传输线路抗干扰

5.1输入信号线缆

在电子测量和控制系统信号传输线的选择和使用中，在允许的频率条件下，最好选择屏蔽的双绞线来输入模拟信号；有条件时应采用双层屏蔽双绞线电缆作为模拟信号TA，TV的引入线，外屏蔽层应靠近地面，在二次控制设备端则采取悬空形式，以减少不平衡接地电势造成的干扰。

5.2开关状态信号线

根据控制信号和状态信号传输线的使用和特点，控制信号的控制对象往往是继电器等，而状态信号传输的信号主要是开关信号等。因此，在选择双绞线作为传输线时，应注意以下几点：a.尽量使用并行传输，使其具有更好的抵御共模干扰的能力；b.在传输线中，应尽量避免诸如断续连接等连接器；C.选择带有小间距的双绞线。当多个双绞线连接在一起时，最好使用不同节距的双绞线。当两对长距绞合线被用作引线时，两条线的位置应该在每一段距离上交叉，这就相当于增大节距的绞合，从而抑制了噪声。d.当传输信号具有较长的传输线时，，应注意在终端两点间接上“匹配阻抗”，以消除端子两端的反射，而始端则应采用串联阻抗。

5.3控制信号电缆的EMI设计

在控制信号的输出电缆线路上设计了一个铁氧体磁吸收环，通常缠绕在电缆线路或互连电缆上。这对有用的信号没有任何影响，但是从继电器触点的火花触点吸收超过10MHZ的干扰信号，由铁素体阻抗的计算公式，既可减小测控设备内部因控制器件对电路板电子线路的辐射干扰，又可减小因控制线通过一次设备侧传输长线引入的干扰。因此，该结构可以提高电子器件的抗干扰能力和抗静电放电（ESD）干扰能力，能够有效降低设备的辐射干扰，提高系统的电磁兼容性。

六、总结

电力系统中使用了大量的电子设备。基于微电子电路的电子测量和控制设备的测量和控制对象通常是高电压和大电流。这些电子器件的工作环境经常受到电磁辐射、电磁脉冲、静电感应、高压输电线路放电、雷电冲击、高频噪声和功率谐波的影响。噪声会导致电子设备的可靠性下降，从而导致系统运行故障。一些电子设备甚至不能在强大的电力环境下运行。这是电力系统和相关领域的操作员经常遇到的问题，例如通信系统。通过研究数字高压瞬态测量系统的过电压在线监测系统，并和其他功率测量和控制设备，在电力系统及其实际应用，电子设备的综合抗干扰技术的深入研究，提出了一系列抗干扰措施和采用。一方面，电磁辐射、电磁脉冲、静电干扰、雷电冲击和功率谐波干扰的影响都在电子设备可接受的范围内。另一方面，电子设备的外部辐射干扰得到了有效的降低，使电磁兼容能够满足现场操作的设计要求。

参考文献：

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