智能電力檢測儀的系統干擾因素及其對策

金萍 姜莉

摘 要：為了使智能電力檢測儀穩定運行，針對破壞系統正常運行的電網諧波干擾，以及信號傳輸引起的干擾、系統電源回路的脈沖干擾、空間干擾，采取了相應的硬件和軟件抗干擾對策。硬件方面主要有屏蔽浮地技術、接地技術、信號出入端加設 RC 濾波器、控制器的輸入電源采用低通濾波器等技術；軟件方面主要有NOP 指令、設置自檢程序、WATCHDOG、軟件陷阱和指令冗余等技術，從而大大提高了智能電力檢測儀的系統抗干擾能力。

關鍵詞：智能電力檢測儀 硬件 軟件 抗干擾 對策

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-00-01

由于電力電子科學技術的快速發展發展以及用電負荷的大量增加，負荷容量日益呈現出沖擊性、不對稱性、非線性等特征，導致電流波形、電網電壓畸變發生的概率增大，電網頻率在 50 Hz 上下波動。當前，傳統的電力監測儀表已漸漸滯后于系統性能發展的要求，具有高精度、智能化特征的智能電力檢測儀得到了越來越廣泛的應用，但具備良好的抗干擾性能則是保證智能電力檢測儀正常、穩定運行的基本條件。

1 智能電力檢測儀的特征

智能電力監測儀，是指基于微處理器的智能化儀器，具有強大的通信功能和檢測功能。與傳統電力監測儀相比，它具有高精密度、高穩定性、高靈敏度、線性動態范圍大等特征，呈現出一系列傳統電力檢測儀所不具備的優點，諸如多功能、容易智能化、低功耗、小體積、精密結構等。

隨著微電子技術的高效、快速發展，智能電力監測儀的智能化、高精度的優勢日益明顯。因此，要實現電能質量合理、高效、準確的監測，智能電力監測儀是最合適的方案，也是當前電力監測裝置發展的新方向。

2 智能電力檢測儀系統干擾的因素

電網中負荷是不斷變化的，加上大型設備的投入與切除，以致電網時常發生劇烈波動。伴隨著工業的高速發展，電力系統中大量增加的非線性負荷，導致電網中產生的干擾現象日益頻繁，呈越來越復雜化、越來越嚴重的發展趨勢。干擾破壞智能電力監測儀系統正常運行的因素較多，總結有如下因素：

2.1 電網諧波干擾

諧波的產生主要來源于諧波電流源，當非線性負載上被施加正弦波（基波）電壓時，負載上的電流為非正弦電波，這樣的負載就成了電力系統中的諧波源。同樣，當電網中投入與切除電力電子設備或大功率的動力設備工作時，都將使電網產生高次諧波，電源電壓的劇烈波動和波形畸變，而諧波的波形畸變有能導致設備的誤動誤判。

2.2 信號傳輸引起的干擾

傳統概念認為干擾是因電磁場受外界干擾產生的，而不是從電纜編織網“漏進去的”。干擾感應電流Ig是在電纜外屏蔽層上產生的，并在電纜外屏蔽層“縱向電阻（阻抗）”上形成感應電動勢Vg，Vg通過75 Ω匹配負載的電纜兩端形成回路。如果輸電電纜過長和阻抗不相匹配，會引起過長的回路和波形發生畸變，與視頻信號混在一起，形成視頻干擾的現象，則會增加測量誤差的可能性。

2.3 系統電源回路的脈沖干擾

220 V的交流電源是裝置的控制電源。當附近有切除感性負載或有投入大型負載時，交流電源上將會引起的波動較大。控制系統的供電會因電機的啟停、大功率開關的通斷、電焊等因素而變得不正常。這種干擾對微機系統正常運行產生較為嚴重的影響，據統計因電源干擾導致微微處理器系統出現錯誤比例占總錯誤的80%。

2.4 空間干擾

這種干擾主要指電磁場在殼體、導線、線路上的輻射、吸收和解調，通過電磁波的發射，利用周圍的可控硅逆變電源、電氣設備發射機等外部和內部系統，發出磁干擾和電干擾，導致微處理器不能正常

工作。

3 智能電力檢測儀系統抗干擾的對策

為了抑制電網干擾所造成穩壓的波動，可以采取硬件和軟件兩種抗干擾設施，一般來說，硬件設施是第一道防線，軟件設施是作為第二道防線的。因為只有硬件消除絕大多數干擾，軟件干擾設施中的CPU 才能正常工作，為保證系統工作效率和實時性，要硬件和軟件抗干擾設施相結合。

3.1 硬件抗干擾措施

（1）為減少共模干擾，輸入方式上可采用雙層屏蔽浮地方式。（2）確保“數字地”與“模擬地”能夠正確的處理。數字電路是非線性的，電流沖擊因邏輯門的開關而產生，以致其在數字地上較為強烈高頻擾動，因此數字地與模擬地要分別與電源端底線相連，不能有共同環路或者路徑，且只應單點連接；系統內部的噪聲耦合在一定程度上可通過良好的接地的方法來抑制；為提高系統的抗干擾能力，在布置線路時應將盡量使用的加粗接地線。（3）干擾源頻帶的敏感性方面，可通過選用有源低通濾波器和無源RC 濾波電路方法來在降低系統干擾源頻帶的敏感性。（4）在電路板的計階段，要保證合理、正確布線，盡量使用短而粗高頻線的方式布線來降低對DSP硬件系統中最容易出現高頻干擾，另外要遠離易受干擾的信號線，如模擬信號等。

3.2 軟件抗干擾措施

（1）我們可以運用單字節如NOP空指令命令，在程序關鍵的位置插入，就能讓在程序區偏移的程序步入正途。除了單字節，雙字節指令也可同樣操作，可使后面的指令串聯在一起。保證了程序的穩定，這樣可以防止指令不易受外部干擾，即使有也不影響其他程序的執行。（2）編譯自我檢測程序。在一些重要單元內存位置設立標識，這樣在程序啟動時，可以自我監測，為信息的傳送和儲存保駕護航。（3）軟件陷阱技術和指令冗余技術的運用。二者都是應對程序異常時采用的，軟件陷阱技術在表格區或非程序區域異常時，可以阻攔跑飛的程序，通過矯正PC 指針使程序步入正軌。指令冗余技術是在程序區將走飛的程序矯正，如通過NOP指令將后面的指令串聯在一起，可以保證指令操作的正確執行。而LJMP，RET，LCALL等跳轉程序指令同樣起著防止外部傳輸信號的干擾，保證指令安全有效運行的作用。

4 結語

智能電力檢測儀的系統抗干擾的因素很多，該文僅對較為常見的影響因素進行了分析并提出了有針對性的措施。若在智能電力檢測儀實際運用中采納上述若干抗干擾建議，將會微處理器系統的抗干擾能力和可靠性能大大提高，產生較好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 張克彥. MCSS51/196 單片機浮點程序和實用程序[M].北京：北京航空航天大學出版社，2000．

[2] 饒智芳.電力參數檢測儀的設計與實現[D].南昌大學，2010．

[3] 王飛，李軍紅，劉鐵湘.基于DSP技術的諧波檢測儀的設計[J].中國教育技術裝備，2006（7）.

[4] 楊濤銘.電氣信號數字化檢測技術的探討[J]. 中國新技術新產品，2012（17）.