淺析電磁兼容技術在調速器系統中的應用

周小薇

黃岡職業技術學院，湖北 黃岡 438002

當自動控制系統中存在著來自系統內部和外部的影響它正常工作的各種因素，特別是對于那些微弱的信號，受到這些因素的影響更加嚴重，我們把這些影響因素成為“干擾”。系統干擾過大不僅會影響檢測結果，導致系統按照錯誤的信息錯誤運行還可能導致系統紊亂等嚴重后果。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。根據產生干擾的原因，干擾的主要來源有機械干擾、熱干擾、光干擾、濕度變化干擾、化學干擾、電磁干擾、輻射干擾等。在電力控制系統中，隨著輸電電壓的增高和電網容量的不斷增大，控制系統自動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、電網控制、通信設備等系統在電力控制系統中均得到廣泛采用，所以影響電力控制系統的主要干擾來自電磁干擾，那么控制系統中一個重要的問題——電磁兼容，便引起了研究人員的高度重視。如果干擾信號引起一些保護裝置或自動控制裝置出現錯誤動作，甚至引起整個系統不穩定，這些都可能導致電力系統事故的出現，后果嚴重。下面針對某水電站貫流式水輪機調速器控制系統具體分析其抗干擾措施和電磁兼容技術的應用。

1 系統的干擾源

自動控制系統的電磁兼容技術主要包含兩方面內容，一是控制系統本身的電磁發射不影響其他設備的正常運行；二是提高系統本身抵御外部電磁干擾能力。一般來說，系統或設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，利用電磁兼容技術采取合適的方法來提高系統的抗干擾能力，從而保證系統的正常運行。

在本系統中主要的電磁干擾源及傳遞方式有以下幾方面：

1）經導線侵入：包括從電源電路侵入的噪聲、從信號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：以電磁波形式發射和平行配線及多芯電纜形成的電磁場的靜電感應（高阻抗電場靜電耦合）；

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、接地點間的電位差。

2 系統抗干擾的措施

找到干擾源后就可以針對干擾源及其傳遞途徑采取相應的抗干擾措施，來消除干擾信號對自動控制系統的影響。主要措施如下：

1）接地

接地時常用的抗干擾措施，在強電技術中接地是為了安全，地線也稱為保護地線，但是在電子線路中地線一般指電信號的基準單位，稱為公共參考端。自動控制系統中的電磁設備，如果接地電位發生變化，是產生干擾的一個重要原因。

（1）信號源接地：工作現場的傳感器相當于信號源與檢測裝置（控制室）之間的地線要進行適當連接可大大提高系統抗干擾能力。

（2）負載地線：負載上的電流一般較大，可能對前一級有一定的干擾，此時負載地線和其他地線分開，采用磁耦合或光電耦合來實現隔離。

（3）模擬信號和數字信號地線：模擬信號和數字信號的零電位公共線分開，即兩者地線分開避免數字信號對模擬信號的干擾。

2）屏蔽

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

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

（2）系統所用到的各種變壓器的一、二次側之間插入一個留有縫隙的導體并將該導體接地實現靜電屏蔽，同時還可以防止一、二次側繞組間的靜電耦合。

（3）為防止外部的高頻干擾信號通過系統的輸入端子進入控制系統內部時，可在輸入端子上與地之間接一個耐高壓的小電容，利用電容的隔直通交的特性將高頻干擾信號對地短路，防止其進入控制系統內部。

因此，在調速器設計和施工過程中，把接地和屏蔽很好地結合起來，將可以解決大部分干擾問題。

3）隔離

阻止干擾進入系統的措施中還可以把輸入信號和輸出信號進行隔離。主要采用以下幾種隔離措施：

（1）頻率信號的隔離。調速器所用的頻率信號主要是機組頻率和電網頻率，它們都處于強電回路中，不可以將它們直接接入系統中，此時需要采用隔離變壓器進行隔離，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，才能達到較好的隔離效果。

（2）開關量輸入、輸出的隔離。調速器開關量的輸入，主要是現場開關、按鈕、監控系統的開關量指令、傳感器信號、人機對話單元指令，輸出量主要是電—機轉換裝置。整個系統由PLC控制，一般采用光電隔離或光電耦合方式實現隔離。

（3）其他隔離措施。注意強、弱信號不使用同一根電纜，強信號電纜和弱信號電纜分開，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。對于模擬量信號回路的差模干擾，采用在電源輸出端、測量電路輸入端、放大器輸入端加入濾波器阻止干擾信號進入放大器，使干擾信號衰減，防止干擾進入系統；對于共模干擾，可以采用平衡電路，使對稱電路結構產生的噪聲相等，相互抵消來抑制。

綜合以上的抗干擾措施，可以使系統的抗干擾性能大大提高，保證自動控制系統安全穩定的運行。

3 結論

隨著計算機電子技術逐漸地向高頻率、高速度、寬頻帶、高可靠性、高靈敏度、高密度（小型化、大規模集成化）、大功率、小信號運用和復雜化方向發展，電磁干擾已成為系統和設備正常工作的突出障礙，尤其是對電力系統中的調速器設備的干擾更為突出。由于水輪機組調速器控制系統性能的好壞直接影響到水電站機組的安全和系統的穩定運行，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調速器控制系統不論是運行的可靠性還是穩定性都有了很大的提高。研究電磁兼容性技術對提高系統抗干擾能力具有重要的意義。

[1]李迪.電磁兼容設計與測試[M].北京：電子工業出版社，2008.

[2]白同云，呂曉德.電磁兼容設計[M].北京：北京郵電大學出版社，2001.