芻議如何提高水閘自動化控制的合理水平

周軍

摘 要：運用遙測、遙控及計算機技術來對水位、閘門進行自動測量、運算和控制，對實現水資源的合理輸送、節制和分配等現代化管理目標有著重要的作用。文章主要分析了干擾水閘自動化控制系統正常運作的因素，并提出了相對應的策略以提高水閘自動化控制的水平。

關鍵詞：水閘；自動化控制；干擾因素

1 干擾水閘自動化控制系統的因素

水閘自動化控制系統的運行具有獨特性和復雜性，容易受到外界干擾因素的影響，雖然大部分干擾因素不會使自動化控制系統設備和儀器受損，但會致使微機系統運行出現失控，從而影響到水閘自動化系統的控制性能。具體來講，干擾因素主要有以下幾個方面。

1.1 供電線源瞬時壓降的干擾

水閘的組成構件中都會有大功率設備，單機容量非常大，可以達到幾百千瓦的級別，且功能作用各不相同，有的閘站有節制閘、有船閘或是泄洪閘等，這些閘門的關啟都是由電動機帶動完成的。電動機在啟動的時候會對電網產生電感負載，特別是在電動機啟動的瞬間，其啟動電流能達到正常工作時電流的5～8倍，因此，就在啟動的瞬間電網的輸電線路內阻會產生很大的壓降，特別是在電網降壓變電器容量比較小的情況下，這個壓降會更加明顯。如果將不同功能的閘門同時啟動的話，這些大功率設備就會瞬間在輸電線路網上產生更大的壓降，而水閘自動化控制系統的電源就連接在供電的電源上，在瞬間壓降的影響下可能會造成自動化控制系統的失控。

1.2 電氣設備的脈沖干擾

在水閘附近會有很多的電氣設備，比如電動機、中間繼電器、變壓器、電磁接觸器等等，這些都是屬于電感負載，在接入電流時會有低壓過電流產生，斷開時就會有高壓過電流產生，隨著電流的接通和斷開，電感負載會發生變化，從而會產生瞬間的脈沖干擾，所產生的電壓幅值能夠達到幾十到幾百伏，甚至是幾千伏，其所產生的干擾電壓頻率一般為幾百赫茲到幾兆的赫茲。干擾電壓的影響時間可能持續不到1秒鐘，但由于繼電器和交流電磁接觸器的開關觸點會產生反彈作用，從而使繼電器和交流電磁接觸器會有電弧放電現象，特別是在負載切斷瞬間，電弧放電會產生尖峰干擾過電壓，嚴重時會引起高頻電磁輻射干擾，最終影響到水閘自動化控制系統的正常工作運作。

1.3 供電線路浪涌干擾電壓

水閘建設所在地一般都是在農村或是郊區，其電力來源屬于農村電網供電范疇內。農村供電網一般都遠離供電電廠，電網輸送線路長，沿途分布有很多的用電單位和部門，用電設備比較多，到了水閘用電處供電電壓、周波的質量都要比較差，特別是經常會出現忽高忽低的電壓變動。農村供電網沿途上的負載多且復雜，導致負載接地狀況比較差，零線電位沒能實現實際意義的零電位，零線和地線間一般會有一個幾十伏的差位，這對于低壓數字電路來說所造成的干擾已經不小了，再加上農村供電線路長，火線和零線都會受到空間電磁場的干擾作用，從而在供電線路上產生浪涌干擾電壓，影響到水閘自動控制系統的正常使用。

1.4 操作過電壓干擾

在我國農村地區經常會存在電力供應不足的情況，為了調節電力負荷經常會采用輪流停電和在高峰負荷時段按頻減負荷的做法來解決電力供應不足的問題。正是由于大負荷經常性的斷、合，這就引起了操作過電壓的產生，特別是在采用投入或斷開補償電容器法調節電網功率時，很容易就會引起尖峰過電壓，使得產生的瞬間過電壓會對水閘自動化控制系統產生很大的危害作用。

2 提高水閘自動化控制水平的抗干擾防護措施

上述干擾因素會對水閘的自動化控制水平產生極大的負面影響作用，嚴重降低了自動化控制的可靠性和安全性，因此，為提高水閘自動化控制水平就必須從軟、硬件兩方面著手來設防，提高系統的抗干擾能力和可靠性。

2.1 增強電源系統的抗干擾能力

綜合上述的干擾因素來看，可以總結出水閘自動化和控制系統所受的干擾大多來自電源方面，其所產干擾途徑有以下三個：一是以供電系統的電網為介質所引來的干擾，比如各種原因產生的過電壓、低電壓、高次諧波和雷擊等等；二是水閘自動化控制系統的設備輸入信號線受到供電電源線的影響而產生的干擾；三是各種電氣設備和不同閘門的啟閉、探照燈、電焊機等電源的相互干擾。為了防止這類途徑引起的電源系統干擾，可以采取下類措施來規避：第一，用于給自動化控制系統供電的電源要盡可能電源獨享，不要與其他的設備公用同一電源，最好就是能從外電降壓變壓器低壓側單獨直接提供一路線給自動化控制系統使用；第二，在交流外電入口處接電源避雷器，以防止雷擊、外電操作過電壓等產生的浪涌過電壓造成的損害；第三，自動控制系統供電屬于農村用電范疇，電壓波動較大，可以加裝適合現場需求的交流穩壓器；第四，采用隔離變壓器來縮小初次級線圈間的分布電容和寄生電容，以減少外部高頻干擾的串入；第五，根據抗干擾和設備阻抗的大小要求來采用低通濾波器，以改善畸變波形和濾掉交流電源的高頻分量，以達到減少對電源系統的干擾。

2.2 采用電磁裝置抗干擾措施

針對上文所提到的各閘門啟閉機交流電源系統中的交流電磁接觸器、中間繼電器等的開關在啟閉時會產生過電壓和高頻電磁輻射而引發干擾，因此，可以采用各類電磁裝置的方法來防止這類干擾。首先，可以采用RC阻尼電路，它可以對陡峭上升的過電壓產生很好的阻尼作用；其次，采用壓敏電阻。作為一種半導體材料，壓敏電阻的功能類似于穩壓二級管，具有比較強的通流能力和良好的非線性、正反向特性，可以對浪涌過電壓產生吸收作用，而且響應速度比較快；最后，采用硒堆二極管，其作用類似于阻尼電路和壓敏電阻器。

2.3 輸入信號線處的抗干擾措施

水閘自動化控制系統中有很多的輸入信號，一般在上、下游水位都設置有傳感器輸入信號，為了防止輸入信號因受交流外電、電磁等干擾而影響到自動化控制系統的正常運作，就需要從以下幾方面來入手：第一，交流電源會對輸入信號電纜線產生干擾作用，所以應該輸入信號線和交流電源線分別走線，并盡可能將距離拉大；第二，為了防止水閘啟閉時對輸入信號線產生干擾作用，因此輸入信號線應該盡量遠離電力控制臺和輸出控制線；第三，輸入信號線最好采用屏蔽電纜，并用地埋法，這樣可以有效防止雷電的干擾；第四，為了避免雷電或是過電壓串入到微機損害到系統主設備以及防止各類干擾從輸入回線進入微機，所以需要用電位隔離法，一般采用光電耦合器。

2.4 輸出控制信號線的抗干擾措施

由于水閘自動化控制系統閘門啟閉機是由輸出控制信號來直接驅動的，因此需要確保輸出控制信號必須準確可靠，如果輸出控制信號出現錯誤不但會對閘門設備造成損害，還會傷及過往船只，所以需要做好措施防止輸出控制信號出錯。首先，輸出控制信號電路要跟系統微機電源分開使用，即不可共用一路電源，且地線也不能共用；其次，采用光電隔離和機電隔離多層次隔離并用的方式來對輸出控制信號電路進行隔離，防止受到水閘自動監控系統強電設備啟閉時產生的強負載的干擾；最后，可以采用屏蔽導線將不同功能的輸出控制信號線屏蔽開來，防止相互串擾。

3 結束語

水閘自動控制系統由于外部環境相對比較惡劣，容易受到各種外界因素的干擾而影響正常的運轉，因此，應該正確認識到各種存在的干擾因素，并采取有效的防護措施，以提高水閘自動化控制系統的運作能力，并保證運行的長期、穩定和可靠。

參考文獻

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