張建 胡浩 牛霞 廣漢供電局
[摘 要]文章探討了變電站中的各種干擾對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的影響和破壞，分析了干擾產(chǎn)生的原因和危害，提出解決系統(tǒng)抗干擾有效措施，從而達(dá)到抑制干擾的目的。對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行起到極其重要的作用。
[關(guān)鍵詞] 變電站 抗干擾 屏蔽 浪涌保護(hù) 光電隔離
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和電力體制改革的不斷深化，變電自動(dòng)化技術(shù)得到越來(lái)越快的發(fā)展，從電磁型保護(hù)到晶體管保護(hù)，再發(fā)展到微機(jī)型保護(hù)，以及變電綜合自動(dòng)化裝置大多數(shù)實(shí)現(xiàn)了微機(jī)自動(dòng)控制。它們以通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，把各種繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置、RTU（遠(yuǎn)程終端）和調(diào)度端連接起來(lái)，使變電站實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高速度、高靈活性和低成本的生產(chǎn)管理。但由于變電站的特殊環(huán)境，如強(qiáng)電磁場(chǎng)、雷電等眾多因素的影響，使變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)受到各種各樣的干擾，為提高其運(yùn)行的安全和工作的可靠性，應(yīng)根據(jù)不同的干擾源，采取相應(yīng)的防雷及抗干擾措施。
2 變電所內(nèi)電磁干擾來(lái)源、傳輸途徑和信號(hào)模式
2.1電磁干擾的來(lái)源
電力系統(tǒng)的電磁干擾源有外部干擾和內(nèi)部干擾兩個(gè)方面。外部干擾包括了高壓開(kāi)關(guān)操作、雷電、短路故障、電暈放電、高電壓大電流的電纜和設(shè)備向周?chē)椛潆姶挪ā⒏哳l載波、對(duì)講機(jī)等輻射干擾源，及附近電臺(tái)、通信等產(chǎn)生的電磁干擾、靜電放電等。內(nèi)部干擾是由自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、元件布置和生產(chǎn)工藝等決定的。主要有雜散電感、電容引起的不同信號(hào)感應(yīng)，長(zhǎng)線(xiàn)傳輸造成的波反射、寄生振蕩和尖峰信號(hào)引起的干擾等。但是，不論是內(nèi)部還是外部干擾，它們都具有相同的物理特性，所以消除和抑制的措施基本是相同的。
2.2 電磁干擾的傳輸途徑
可分為兩大類(lèi)：傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾是通過(guò)干擾源和被干擾設(shè)備之間的公共阻抗進(jìn)行傳播的，輻射干擾是通過(guò)電磁波進(jìn)行傳播的。兩者之間會(huì)相互轉(zhuǎn)換，輻射干擾經(jīng)過(guò)導(dǎo)線(xiàn)可轉(zhuǎn)換成傳導(dǎo)干擾，傳導(dǎo)干擾又可通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)形成輻射干擾。例如雷電泄放即為這一相互轉(zhuǎn)換的典型過(guò)程，如圖1所示。
圖1 雷電通過(guò)耦合侵入導(dǎo)線(xiàn)回路
2.3 電磁干擾的信號(hào)模式
電磁干擾信號(hào)按其出現(xiàn)的方式，可分成兩種模式：差模干擾和共模干擾。以串聯(lián)的方式出現(xiàn)在信號(hào)源回路之中的干擾信號(hào)稱(chēng)為差模干擾，主要是由長(zhǎng)線(xiàn)路傳輸?shù)幕ジ旭詈纤隆６材８蓴_則是由網(wǎng)絡(luò)對(duì)地電位發(fā)生變化而引起的干擾，共模干擾有時(shí)也稱(chēng)為對(duì)地干擾，它是造成自動(dòng)化裝置不能正常工作的主要原因。
3 自動(dòng)化系統(tǒng)防雷及抗干擾措施
（1） 正確接地與屏蔽
對(duì)于微機(jī)保護(hù)裝置、自動(dòng)化控制系統(tǒng)的通信信號(hào)線(xiàn)最好采用帶屏蔽層的雙絞屏蔽電纜，應(yīng)盡可能與強(qiáng)電導(dǎo)線(xiàn)分開(kāi)排放，并且保證電纜屏蔽層接地始終只有一點(diǎn)。因?yàn)樽冸娬?a class="channel_keylink" href="/search.asp">自動(dòng)化系統(tǒng)裝置既有模擬電路又有數(shù)字電路，因此數(shù)字地與模擬地必須要分開(kāi)，最后只在一點(diǎn)相連，如果兩者不分，則會(huì)互相干擾，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞設(shè)備。
（2） 加裝浪涌保護(hù)器
變電站的開(kāi)關(guān)操作、靜電放電和閃電放電產(chǎn)生的瞬態(tài)浪涌過(guò)電壓將會(huì)對(duì)設(shè)備造成物理上的摧毀或加速老化。
圖2 浪涌保護(hù)器原理圖
對(duì)浪涌的防護(hù)方法主要是加裝浪涌保護(hù)器。浪涌保護(hù)器是采用等電位的原理，提前將浪涌電流泄放入地，典型原理如圖2所示。當(dāng)過(guò)電壓出現(xiàn)時(shí)，瞬變電壓抑制二極管（TVS）作為速度最快的元件首先動(dòng)作，開(kāi)始泄放電流，并將輸出鉗位在其截止電壓上，有效地防止了過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的損害。當(dāng)加在TVS上的放電電流隨著幅值的上升而使充氣式放電器（GDT）兩端電壓超過(guò)其點(diǎn)火電壓UG(即US+ΔU≥UG)時(shí)，GDT動(dòng)作，也開(kāi)始泄放電流。此時(shí)GDT呈低阻狀態(tài)，兩端僅有10至30伏的電弧電壓，因此可以避免因過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)而將TVS燒毀。
浪涌保護(hù)器除了使用氣體放電管（GDT）、瞬變電壓抑制二極管（TVS）構(gòu)成以外，有時(shí)也會(huì)用到壓敏電阻（MOV）、齊納二極管（ZENA）、金屬間隙等元件。所有這些元器件都有各自特殊的優(yōu)點(diǎn)，為了起到最佳的作用，可以通過(guò)對(duì)這些元件進(jìn)行相互調(diào)整配合來(lái)組建相應(yīng)的保護(hù)電路。壓敏電阻（MOV）、瞬變電壓抑制二極管（TVS）及氣體放電管（GDT）的特性曲線(xiàn)圖分別如圖3～5所示。
圖3 壓敏電阻的特征曲線(xiàn)
圖4 瞬變電壓抑制二極管特征曲線(xiàn)
圖5 充氣式放電器的特性曲線(xiàn)
（3） 加裝光電隔離器
對(duì)于RS-232、RS-485以及CAN等數(shù)據(jù)通訊接口的防雷和抗干擾，加裝光電隔離器也是個(gè)不錯(cuò)的方法。它可以將自動(dòng)化系統(tǒng)與各種傳感器、開(kāi)關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)從電氣上隔離開(kāi)來(lái)，使很大一部分干擾被阻擋。
對(duì)應(yīng)于RS-485、RS-232及CAN接口的光電隔離器接線(xiàn)或原理圖分別如圖6～8所示。
圖6 RS-485通訊口光電隔離器原理圖
圖8 RS-232通訊口光電隔離器接線(xiàn)圖（設(shè)備端口為DB9）
圖10 CAN通訊口光電隔離器原理圖
（4） 其他抗干擾措施
A、選用抗干擾性能好的設(shè)備
選用抗干擾性能好的設(shè)備可以從根本上解決干擾問(wèn)題。例如可以用帶光電隔離的長(zhǎng)線(xiàn)收發(fā)器取代傳送RS-232數(shù)字信號(hào)的調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器的輸入輸出元件一般采用音頻變壓器。這種音頻變壓器可以實(shí)現(xiàn)低頻和直流信號(hào)電氣隔離，對(duì)高頻率信號(hào)卻無(wú)能為力，而干擾信號(hào)（比如雷電）對(duì)設(shè)備的影響一般都表現(xiàn)為一種高頻雜波，因此調(diào)制解調(diào)器的防雷、抗干擾性能很差。帶光電隔離的長(zhǎng)線(xiàn)收發(fā)器可以實(shí)現(xiàn)所有信號(hào)的電氣隔離，因此用它取代調(diào)制解調(diào)器后可以大大提高抗干擾及抗雷擊能力。
B、合理布置自動(dòng)化設(shè)備安裝位置
現(xiàn)在大多數(shù)RTU子站（或一體化微機(jī)保護(hù)裝置等）都安裝在高壓室的開(kāi)關(guān)柜上，“四遙”信息通過(guò)一根由高壓室接到主控室的通信電纜，以RS-485等接口方式與RTU（或通信管理機(jī)等）進(jìn)行傳送。因此電纜很容易受到來(lái)自開(kāi)關(guān)操作、電力負(fù)荷波動(dòng)以及強(qiáng)電電纜產(chǎn)生的電磁場(chǎng)干擾，這些干擾輕則增大“四遙”信息的誤碼率，重則會(huì)使RS-485等接口損壞。另外，高壓室內(nèi)的溫度在夏天時(shí)較高，RTU子站（或一體化微機(jī)保護(hù)裝置等）內(nèi)部因熱量而產(chǎn)生的噪聲干擾不容忽視。
針對(duì)以上問(wèn)題，可以將RTU子站（或一體化微機(jī)保護(hù)裝置等）在主控室集中組屏，這樣不僅能減少各種干擾源（包括溫度）對(duì)裝置的影響，改善設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，還能方便檢修、試驗(yàn)人員對(duì)裝置的年檢預(yù)試工作。
4結(jié)語(yǔ)
總體來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化系統(tǒng)的抗干擾及防雷不是簡(jiǎn)單的避雷、抗干擾設(shè)備的安裝和堆砌，而是一項(xiàng)要求高、難度大的系統(tǒng)工程，涉及多方面的因素。因此在自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷及抗干擾實(shí)施過(guò)程中一定要從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際出發(fā)，本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求、高起點(diǎn)、高可靠性的原則進(jìn)行，嚴(yán)格遵照國(guó)家和行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到更好的防護(hù)效果。
參考文獻(xiàn)：
1、GB50057－94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》；
2、YDJ26-89《通信局(站)接地設(shè)計(jì)暫行技術(shù)規(guī)定》；
3、YD5078-98《通信工程電源系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)定》；
4、GA173-1998《計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器》。
