关于电网调度自动化系统的干扰问题

摘要　阐述了外界对电网调度自动化系统干扰的形成，提出了抗干扰措施，并指出电网调度自动化系统抗干扰的重要性。
　　关键词　电网　调度自动化　抗干扰

1　引言

　　随着电力工业的发展，电网结构日益庞大、复杂，电网调度自动系统(以下简称系统)在电网调度管理中的作用越来越重要，它为电网安全、优质、经济运行提供了重要的技术手段。系统由计算机、RTU及控制设备组成，属高度集成化的弱电设备，其绝缘水平低，对外界的干扰极其敏感，对雷电等强电磁脉冲和过电压的耐受能力很低。外界的各种干扰通过一定的方式传给系统，就会影响系统对数据的采集、处理和传输，进而影响系统的稳定、可靠运行。因此，必须采取有效措施，加强和改进系统对抗干扰的防护，减小外界对系统的干扰，提高系统的抗干扰能力。

2　干扰的形成

2.1　干扰的主要来源

2.1.1　来自雷电的干扰

　　雷电和与它相连的瞬态场在雷击点引起强烈的电磁骚扰，并通过该瞬态场将其影响扩散到周围造成干扰。由于采取了一定的避雷措施，雷电直击系统的可能性不大，但雷电的强电磁脉冲干扰不仅可能通过电源线、输入输出线以及接地装置侵入系统，而且强脉冲电磁场会产生强大的感应过电压而严重干扰甚至损坏系统设备。

2.1.2　来自电网的干扰

　　在电网内部，输电线路事故的发生及排除等运行状态的突然变化，各种开关设备的操作，配电线路的阻抗及与配电线路相接的负载发生变化，例如大功率设备和大功率电机的启动，大型变压器的励磁冲击电流等，所有这些现象都会造成供电电压的瞬时变动。供电电压的瞬时变动会产生掉电过电压、电流冲击和高频振荡等干扰。这些干扰通过供电线或接地网络入侵系统，造成系统设备逻辑电路混乱，破坏RAM中的程序和数据，影响CPU的正常工作，导致系统瘫痪。

2.1.3　来自电气设备的干扰

　　在现场，高电压、大电流或电压电流变化大的电气设备，其变化的电压、电流通过一定的方式耦合，干扰系统。另外，输电线、控制线等对小信号线(如开关量和模拟量采集线，通道传输线等)也产生干扰。

2.2　干扰的传播途径

　　上述各种干扰主要是通过输入输出线、电源线、通道线、设备屏蔽壳以及接地网络等传播给系统的。

2.3　干扰的耦合方式

2.3.1　经导线传导耦合

　　外界干扰经传输导线(如输入输出线、电源线、地线等)直接传导耦合到系统。

2.3.2　经公共阻抗耦合

　　由于公共阻抗的存在，外界干扰电流通过公共阻抗产生干扰电压，传导给系统；系统内部各单元也会通过公共阻抗互相干扰。

2.3.3　静电耦合

　　在高电压工作或电压变化大的场合，由于电力线的作用，干扰源向系统传送了静电的变化，形成静电干扰。静电干扰强度与干扰源的干扰电压、系统对地电阻成正比，与干扰源和系统设备的距离成反比。

2.3.4　电磁耦合

　　在大电流工作或电流变化大的环境，电流变化引起周围磁力线变化，在系统的各种回路中就会被感应出感应电动势，形成电磁干扰。干扰强度与磁力线穿过回路的面积及干扰源电流变化的大小成正比。

3　抗干扰措施

　　根据干扰的来源、传播途径及干扰的耦合方式，可采取相应的抗干扰措施，减小外界对系统的干扰。

3.1　隔离

　　①使用容量适合的电源隔离变压器。供电电源通过隔离变压器后再供给系统220 V电源，系统与电网只有磁的耦合，无电的直接联系，实现电的隔离，增强系统对电网的抗干扰能力。

　　②开关量、模拟量的输入输出及系统对外通讯口要采用光电耦合器或隔离变压器，有条件的话最好采用光纤通信，以加强接口的隔离度，提高信号传输的可靠性。

　　③自动化设备的安装就位应远离大电流、高电压工作的电气设备，减少静电感应和电磁感应。

　　④敷设电缆时要注意不同类型的电缆不要混扎在一起。小信号电缆、控制电缆、低压电源线应与高压线尽量分开敷设，避免强信号对弱信号的干扰。

3.2　保护

　　在雷电等过电压可能侵入的所有输入输出口，设置必要的保护，甚至设置多极保护，将干扰系统的过电压抑制在允许范围内。

　　①隔离变压器之前要设置过压保护装置，即安装避雷器和浪涌抑制器。避雷器可用压敏避雷器。浪涌抑制器应根据系统在实际运行中可能遇到的浪涌电压及电流的最大值来选择型号，并留余量。

　　②二次设备、变送器屏、RTU间的输入输出线及系统输送信号的进出口，要装压敏电阻以抑制信号线的过电压来波。使用的压敏电阻的电容量要尽量小，以防止压敏电阻对信号的衰减。

3.3　滤波

　　①电源虽然采用了隔离变压器，实现了系统与电网的隔离，但电网大部分共模噪声和串模噪声仍能通过变压器耦合到系统。使用电源滤波器，让电源频率附近的频率成分通过，使这种频率成分外的干扰噪声很快衰减。用如图1的电源滤波器安装在隔离变压器之后，可有效地抑制电网30 MHz以下的共模噪声和串模噪声。

　　②一些常受干扰的通信通道(多为载波通道)，在接收端应加装带通滤波器，滤去通道中远动信号频率成分以外的干扰信号，减小通信设备及外界对远动信号的干扰。

3.4　正确接地

　　正确接地是重要的抗干扰措施。不正确的接地方法，反而会成为干扰的原因。

3.4.1　接地电阻值要求

　　系统接地分为功率接地、安全接地和逻辑接地。

　　①功率接地主要流过的是负载设备的回路电流，还有正常状态下的不平衡电流、异常状态下的接地电流。这些 电流变动时刻使设备间的电位变动，形成干扰。实验表明，当功率接地的接地电阻大于4 Ω时，上述干扰就可能影响负载设备的正常工作，因此，功率接地的接地电阻不能大于4 Ω。

　　②安全接地即设备金属外壳接地，其作用是屏蔽高频对系统设备的干扰，并可防止因机壳上积蓄电荷而使机壳电压升高或漏电对接触外壳的工作人员造成威胁。实验表明，安全接地的接地电阻不能大于4 Ω。

　　③逻辑接地是为了在信号回路中为低电位提供一个统一的基准电压。由于系统设备中常用的TTL、C-MOS电路的逻辑“1”和逻辑“0”仅差几伏，逻辑接地上的压降波动很容易造成逻辑地电位的混乱，影响系统设备的正常工作，因此，逻辑接地的接地电阻要足够小。实验表明，逻辑接地的接地电阻小于1 Ω，才能保证逻辑地电位的稳定。

3.4.2　等电位接地

　　等电位接地可以有效地防止设备间电位差造成的事故，提高系统设备的防雷能力。具体方法是：把计算机、RTU、通信设备、继电保护等二次设备的接地系统分别就近连接到闭环的接地母线上，并连接牢固，以保持各接地点的等电位。

3.4.3　混合式接地系统

　　系统设备内的接地一般已由厂家设计成混合式接地系统，即设备内的逻辑接地、功率接地和机柜外壳接到柜内的一个端子上，再引出总接地线，安装时接到接地装置上。其特点是简便易于安装。但其抗干扰能力是有限的，主要是由于逻辑接地与机柜外壳接地直接在一起，外壳接地电位干扰会造成逻辑地电位的混乱，影响系统设备的正常工作。为了提高系统设备的抗干扰能力，外壳接地应与逻辑接地分开，单独接到机房内的安全接地上。

3.4.4　地线的搭接技术

　　正确的地线搭接，可减小地线的接触电阻，为接地系统提供长久可靠的低阻通道。系统的接地一般采用铆接方法，铆接的要点：

　　①铆接前先对金属接触面进行处理，清除接触面上各种覆盖层；
　　②铆接时要铆紧；
　　③铆接最好使用同种金属，因为不同金属互相长期接触会产生腐蚀和合金化，会影响搭接机械强度和接触电阻。

3.5　屏蔽

　　屏蔽是防止静电和电磁干扰的一个十分有效的方法。

　　①厂站端自动化系统周围的带电导体和带电设备都带高电压和流过大电流，系统处于较强的交变电磁场中。实验表明，当空间磁感应强度大于3×10-6 T时，计算机将会出现误动、误算。以此为参考标准，当环境磁感应强度大于3×10-6 T时，应对系统设备考虑电磁屏蔽，如采用屏蔽网、屏蔽笼等屏蔽体来阻挡、衰减电磁干扰，应根据电磁干扰频率来选择屏蔽体的壁厚、几何尺寸、导电率及导磁率，这些都可在相关资料查到；要注意屏蔽体必须有效接地。

　　②系统的电源配电线要使用带金属屏蔽层的电力电缆，而且电缆两端屏蔽层要分别有效接地，防止雷电在电源线上感应过电压。小信号线最好采用多重屏蔽电缆，各屏蔽层要可靠接地。

　　③双绞线的磁屏蔽作用。

　　双绞线在外界的干扰磁通中，每根导线均被感应出干扰电流，同一根导线在相邻两个环的两段上流过的感应电流大小相等，方向相反，因而被抵消，故在总的效果上，导线并没有被感应干扰电流。因此，双绞线对外界磁场干扰有很好的屏蔽作用。双绞线外加屏蔽层可克服双绞线易受静电感应的缺点，使信号线有很好的电磁屏蔽效果。信号线特别是小信号线，要采用带屏蔽的双绞线。

3.6　减小公共阻抗

　　电源内阻、电源线及接地线都可能成为公共阻抗，必须减小电源内阻及电源线、接地线所包含的阻抗。
　　①系统不要与其它设备共用供电线，要使用专线，而且电源线应足够粗，尽量短。
　　②尽可能使用稳压电源，隔离放大器，以减小电源内阻。
　　③系统的接地线要用短而粗的铜线，并且连接可靠，以减小接地线的阻抗。

4　结束语

　　①科学地管理好电网，离不开一套稳定、可靠的电网调度自动化系统；而完善的抗干扰的措施，是电网调度自动化系统稳定、可靠运行的重要保证。因此，在系统的设计、安装、调试过程中，必须高度重视系统的抗干扰问题。
　　②抗干扰措施要根据实际情况综合利用，单从某方面采取措施是难以收到预期效果的。