電力儀表可靠性分析及抗干擾方法研究

張興超，王 陸

（昆明理工大學津橋學院電氣與信息工程學院，云南昆明 650106）

0 引言

隨著我國科學技術的進步，電子工業得到了飛速發展，各種自動化儀表被廣泛應用于電力、化工、石油、交通、建筑、通信和國防等領域。電力儀表是電力系統中一類具有控制電氣設備、測量電力參數、監視和分析電能質量等功能的電力測量及控制設備。作為電力網絡前端的一種信息采集元件，電力儀表的可靠性是智能電表的一項重要技術標準，對整個電力系統的自動化控制和測量發揮著重要作用。為使電力儀表能更好的應用到電力工業中，應結合設備運行性質和特征，加強其可靠性分析、提升抗干擾能力、防止出現故障，以確保電力系統的安全、可靠、穩定運行。鑒于此，闡述電力儀表可靠性研究的意義，對其影響因素進行詳細分析，并提出一套提高電力儀表可靠性的抗干擾方法。以減小各種干擾因素對電力儀表產生的影響，優化其實際應用效果，推動電力儀表行業的健康發展。

1 電力儀表可靠性研究的意義

電力儀表具有信息測量、數據記錄以及現場設備的狀態監測和控制功能，被廣泛應用于電力生產和電能的計量管理中。作為電力參數的重要監測工具，電力儀表的精準測量功能及其可靠性要求對于反映產品質量是否符合行業標準至關重要。其可靠性要求主要體現在2個方面：一是性能需滿足電力工業生產的基本監測功能；二是滿足電能生產過程中的持續應用功能。電力儀表的技術性能和可靠性之間關系密切，相互影響。工業領域的快速發展使得電能需求迅速增加，推動了電力行業的發展；同時要求電力系統擁有更高的安全性和可靠性。電力生產過程是一個復雜的系統，需要在運行過程中的各個環節加裝電力儀表進行相關信息的監測，以保證安全性。而較低的故障率是保證龐大數量的電力儀表可靠性和提高電力系統穩定性的前提條件。因此，需要不斷的完善電力儀表可靠性，以確保電力系統安全運行和電能的穩定供應。

2 電力儀表可靠性的影響因素

為了增強各個環節電力儀表的可靠性，使整個電力系統能夠安全穩定運行，還應當加強分析控制特點和相關影響因素。在電力系統的電能生產及運行過程中影響電力儀表可靠性的因素很多，而起關鍵作用的有3點。

（1）施工人員的綜合素質因素。電力儀表施工人員作為儀表工程項目的主體，其工作態度、責任心、技能水平和對圖紙的熟悉程度等，都與儀表可靠性有著直接的聯系。不能嚴格執行相關規定、施工過程不細心以及圖紙分析不清楚等，最終都會造成電力儀表的安裝錯誤、顯示精度低等問題。

（2）監管因素。電力儀表在正常運行時，只有體現了科學性、專業性與合理性，才能保證可靠性符合相關行業標準。因此，應在使用過程中，加強管理力度，提高監管水平，從而保證可靠性滿足實際應用需求。

（3）環境與應用因素。受外界條件的影響，電力儀表在使用過程中應科學規范操作，以充分發揮實際作用。影響可靠性的外界因素主要有3點：一是環境條件，包括生物、化學、氣候、電磁和機械等對電力儀表運行造成的干擾；二是動力因素，包括流體源（氣體、液體）和電源等影響電力儀表性能的動力源穩定性；三是負載因素，系統負載與電力儀表特性不符等，也會影響性能的發揮。

3 電力儀表抗干擾方法研究

通過對影響因素的分析發現，可以通過提升施工人員的綜合素質、加強監管力度、優化產品設計及提高抗干擾能力等方法，保證電力儀表可靠性。為此從電力儀表抗干擾方法研究入手，來實現可靠性的有效提升。

3.1 硬件抗干擾設計

電力儀表的硬件電路多采用微控制器等數字器件進行設計，容易受到外界干擾的影響。針對電源輸入端口產生的諧波和浪涌等干擾，可采用圖1的電源保護電路進行設計，該電路具有濾波、抑制浪涌和脈沖干擾的作用。另外，還可以利用模塊化的設計思想對硬件電路進行分模塊供電，從而避免系統各模塊之間互相干擾。

為了有效抑制耦合噪聲，可以對電力儀表的硬件電路進行接地設計，以阻斷外界環境造成的干擾。根據信號的不同形式，接地可劃分為模擬地和數字地。兩種接地形式應分開設計，以避免數字電路中的脈沖信號進入模擬電路。另外，還可以采用單點和多點接地相結合的方式對不同的電路進行設計，以提高接地系統的抗干擾能力。

圖1 電源保護電路

通過隔離設計將噪聲源與硬件電路進行隔離，可有效防止噪聲信號進入電力儀表的硬件系統。常用的隔離措施包括變壓器隔離、繼電器隔離、光電耦合隔離、放大器隔離和布線隔離等。

3.2 軟件可靠性設計

智能電力儀表通常采用微控制器與微計量芯片相結合的方式進行設計。為避免總線在通信過程中受到干擾，可在軟件系統中加入濾波程序。常用的數字濾波方法包括一階遞歸濾波、限幅濾波、算數平均值濾波、遞推平均值濾波、中位值濾波法以及符合數字濾波等。

微處理器受到外界干擾時可能發生程序“跑飛”，造成操作系統的混亂。可利用軟件陷阱設計引導程序進入一個特定地址，并進行錯誤處理，以穩定“跑飛”程序。為保證這一過程的信息安全，可采用分散分布存儲的數據冗余設計方法，以提高數據的生存概率。為防止程序發生死循環，可采用軟件“看門狗”設計產生復位信號，以擺脫干擾。另外，微處理器在向存儲器寫存儲數據時，外界干擾也會造成數據的錯誤存儲；可采用數據校驗的方法，以確保數據的正確寫入。

3.3 其他抗干擾方法

除以上軟硬件抗干擾方法和可靠性設計外，在電力儀表生產使用過程中，還可通過一些其他抗干擾注意事項提高可靠性。例如，依據可靠性指標合理選擇元器件、嚴格進行出廠校驗、儀表參數的裕量設計、可靠的生產工藝以及焊接裝配過程中提前進行高溫老化處理等。

4 結語

隨著現代工業技術水平的提升，電力儀表在電力系統及工業領域發揮著越來越重要的作用。電力儀表可靠性是其實現優良性能的關鍵因素，結合使用環境加強可靠性分析和抗干擾設計，能夠保證具有良好的應用效果，且對于提高整個系統的運行能力具有重要意義。