浅析电磁兼容技术在调速器系统中的应用

摘要 随着电力控制系统自动化水平的提高，对系统的抗干扰能力提出了更高的要求，电磁兼容技术应用的重要性日益显现出来。本文以某水电站贯流式水轮机调速器控制系统为载体，分析该系统中具体的抗干扰措施和电磁兼容技术的应用。

关键词 电磁兼容；调速器；抗干扰

中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）44-0165-02

当自动控制系统中存在着来自系统内部和外部的影响它正常工作的各种因素，特别是对于那些微弱的信号，受到这些因素的影响更加严重，我们把这些影响因素成为“干扰”。系统干扰过大不仅会影响检测结果，导致系统按照错误的信息错误运行还可能导致系统紊乱等严重后果。只有找到干扰类型和来源以及干扰途径，才能有效的采取措施消除干扰。根据产生干扰的原因，干扰的主要来源有机械干扰、热干扰、光干扰、湿度变化干扰、化学干扰、电磁干扰、辐射干扰等。在电力控制系统中，随着输电电压的增高和电网容量的不断增大，控制系统自动化水平的要求也不断提高。在以微型控制器为核心的继电保护、电网控制、通信设备等系统在电力控制系统中均得到广泛采用，所以影响电力控制系统的主要干扰来自电磁干扰，那么控制系统中一个重要的问题――电磁兼容，便引起了研究人员的高度重视。如果干扰信号引起一些保护装置或自动控制装置出现错误动作，甚至引起整个系统不稳定，这些都可能导致电力系统事故的出现，后果严重。下面针对某水电站贯流式水轮机调速器控制系统具体分析其抗干扰措施和电磁兼容技术的应用。

1系统的干扰源

自动控制系统的电磁兼容技术主要包含两方面内容，一是控制系统本身的电磁发射不影响其他设备的正常运行；二是提高系统本身抵御外部电磁干扰能力。一般来说，系统或设备不可能完全避免电磁干扰。抑制干扰的基本措施中找出干扰源并消除它是最有效和最彻底的方法，但实际中的干扰源是没有办法彻底消除的，但是可以通过分析找到主要干扰源后，利用电磁兼容技术采取合适的方法来提高系统的抗干扰能力，从而保证系统的正常运行。

在本系统中主要的电磁干扰源及传递方式有以下几方面：

1）经导线侵入：包括从电源电路侵入的噪声、从信号输入输出线侵入的噪声和从控制线侵入的噪声；

2）空间辐射和感应：以电磁波形式发射和平行配线及多芯电缆形成的电磁场的静电感应（高阻抗电场静电耦合）；

3）大地与接地电路侵入：由地线侵入噪声、接地线作为天线，辐射噪声、接地点间的电位差。

2 系统抗干扰的措施

找到干扰源后就可以针对干扰源及其传递途径采取相应的抗干扰措施，来消除干扰信号对自动控制系统的影响。主要措施如下：

1）接地

接地时常用的抗干扰措施，在强电技术中接地是为了安全，地线也称为保护地线，但是在电子线路中地线一般指电信号的基准单位，称为公共参考端。自动控制系统中的电磁设备，如果接地电位发生变化，是产生干扰的一个重要原因。

（1）信号源接地：工作现场的传感器相当于信号源与检测装置（控制室）之间的地线要进行适当连接可大大提高系统抗干扰能力。

（2）负载地线：负载上的电流一般较大，可能对前一级有一定的干扰，此时负载地线和其他地线分开，采用磁耦合或光电耦合来实现隔离。

（3）模拟信号和数字信号地线：模拟信号和数字信号的零电位公共线分开，即两者地线分开避免数字信号对模拟信号的干扰。

2）屏蔽

利用金属材料制成容器，并将电路放置其中保护起来，可以防止电场和磁场的耦合干扰，称为屏蔽。在本控制系统中主要进行如下屏蔽措施。

（1）使用铜质网状屏蔽电缆，利用导电性能良好的金属材料作为屏蔽层，让高频干扰电磁场在屏蔽金属层产生电涡流，消耗掉干扰能量，并可抵消高频干扰磁场。同时将屏蔽金属层接地还可起到静电屏蔽的作用。

（2）系统所用到的各种变压器的一、二次侧之间插入一个留有缝隙的导体并将该导体接地实现静电屏蔽，同时还可以防止一、二次侧绕组间的静电耦合。

（3）为防止外部的高频干扰信号通过系统的输入端子进入控制系统内部时，可在输入端子上与地之间接一个耐高压的小电容，利用电容的隔直通交的特性将高频干扰信号对地短路，防止其进入控制系统内部。

因此，在调速器设计和施工过程中，把接地和屏蔽很好地结合起来，将可以解决大部分干扰问题。

3）隔离

阻止干扰进入系统的措施中还可以把输入信号和输出信号进行隔离。主要采用以下几种隔离措施：

（1）频率信号的隔离。调速器所用的频率信号主要是机组频率和电网频率，它们都处于强电回路中，不可以将它们直接接入系统中，此时需要采用隔离变压器进行隔离，这些隔离变压器一、二次绕组之间要有屏蔽层，而且屏蔽层必须安全接地，才能达到较好的隔离效果。

（2）开关量输入、输出的隔离。调速器开关量的输入，主要是现场开关、按钮、监控系统的开关量指令、传感器信号、人机对话单元指令，输出量主要是电―机转换装置。整个系统由PLC控制，一般采用光电隔离或光电耦合方式实现隔离。

（3）其他隔离措施。注意强、弱信号不使用同一根电缆，强信号电缆和弱信号电缆分开，并且尽量避开电力电缆。

4）滤波

滤波器是抑制噪声干扰的重要手段之一。对于模拟量信号回路的差模干扰，采用在电源输出端、测量电路输入端、放大器输入端加入滤波器阻止干扰信号进入放大器，使干扰信号衰减，防止干扰进入系统；对于共模干扰，可以采用平衡电路，使对称电路结构产生的噪声相等，相互抵消来抑制。

综合以上的抗干扰措施，可以使系统的抗干扰性能大大提高，保证自动控制系统安全稳定的运行。

3 结论

随着计算机电子技术逐渐地向高频率、高速度、宽频带、高可靠性、高灵敏度、高密度（小型化、大规模集成化）、大功率、小信号运用和复杂化方向发展，电磁干扰已成为系统和设备正常工作的突出障碍，尤其是对电力系统中的调速器设备的干扰更为突出。由于水轮机组调速器控制系统性能的好坏直接影响到水电站机组的安全和系统的稳定运行，更加需要做好抗干扰措施。本文通过分析干扰源及途径采取合理有效的抗干扰措施使整个调速器控制系统不论是运行的可靠性还是稳定性都有了很大的提高。研究电磁兼容性技术对提高系统抗干扰能力具有重要的意义。

参考文献

[1]李迪.电磁兼容设计与测试[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2]白同云，吕晓德.电磁兼容设计[M].北京：北京邮电大学出版社，2001.