小崔崔shining
[论文关键词]铁路 电力 远动终端 干扰 [论文摘要]研究分析电磁干扰产生的原因、特点及干扰对电力远动系统的影响，从设计的角度对铁路电力远动监控系统进行抗干扰分析研究。 抗干扰设计是电力远动监控系统安全运行的一个重要组成部分，在研制综合自动化系统的过程中，如果不充分考虑可靠性问题，在强电场干扰下，很容易出现差错，使整个电力远动监控系统无法正常运行或出错误（误跳闸事故等），无法向站场和区间供电，影响铁路行车安全。 一、电磁干扰产生的原因及特点 （一）传导瞬变和高频干扰 1．由于雷击、断路器操作和短路故障等引起的浪涌和高频瞬变电压或电流通过变（配）电所二次侧进入远动终端设备，对设备正常运行产生干扰，严重还可损坏电路。2．由电磁继电器的通断引起的瞬变干扰，电压幅值高，时间短、重复率高，相当于一连串脉冲群。3．铁路电力供电中，特别是现代高速铁路对电力要求都比较高，一般都是几路电源供电，母线投切转换比较频繁，振荡波出现的次数较多。 （二）场的干扰 1．正常情况下的稳态磁场和短路事故时的暂态磁场两种，特别是短路事故时的磁场对显示器等影响比较大。2．由于断路器的操作或短路事故、雷击等引起的脉冲磁场。3．变电所中的隔离开关和高压柜手车在操作时产生的阻尼振荡瞬变过程，也产生一定的磁场。4．无线通信、对讲机等辐射电磁场对远动终端会产生一定的干扰，铁路中继站通常会和通信站在一处，通信发射塔对中继站电力远动终端设备的干扰比较大。 （三）对通信线路的干扰 1．铁路变电所远动终端的数据由串口通信经双绞线进入车站通信站，再经过转换成光信号沿铁通专用通信光缆送至电力远动调度中心，遥信和遥控数据在变电所到通信站的过程走的是电信号，由于变电所高低压进出线缆很多，远动终端受的干扰比较大。2．中继站一般距铁路都比较近，列车通过时的振动对远动终端设备有一定的干扰。 （四）继电器本身原因 继电器本身可能由于某种原因一次性未合到位而产生干扰的振动信号，或负荷开关、断路器、隔离开关等二次侧产生振动信号。 二、干扰对电力远动系统的影响 无论交流电源供电还是直流供电，电源与干扰源之间耦合通道都相对较多，很容易影响到远动终端设备，包括要害的CPU；模拟量输入受干扰，可能会造成采样数据的错误，影响精度和计量的准确性，还可能会引起微机保护误动、损坏远动终端设备和微机保护部分元器件；开关量输入、输出通道受干扰，可能会导致微机和远动终端判断错误，远动调试终端数据错误远动终端CPU受干扰会导致CPU工作不正常，无法正常工作，还可能会导致远动终端程序受到破坏。 三、抗干扰设计分析 （一）屏蔽措施 1．高压设备与远动终端输入、输出采用有铠装（屏蔽层）的电缆，电缆钢铠两端接地，这样可以在很大程度上减小耦合感应电压。2．在选择变电所和中继站电力设备时尽量选设有专门屏蔽层的互感器，也有利于防止高频干扰进入远动终端设备内部。3．在远动终端设备的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可以有效抑制外部高频干扰。 （二）系统接地设计 1．一次系统接地主要是为了防雷、中性点接地、保护设备，合适的接地系统可以有效的保障设备安全运行，对于断路器柜接地处要增加接地扁铁和接地极的数量，设备接地处增加增加接地网络互接线，降低接地网中瞬变电位差，提高对二次设备的电磁兼容，减少对远动终端的干扰。2. 二次系统接地分为安全接地和工作接地，安全接地主要是为了避免工作人员因设备绝缘损坏或绝缘降低时，遭受触电危险和保证设备安全，将设备外壳接地，接地线采用多股铜软线，导电性好、接地牢固可靠，安全接地网可以和一次设备的接地网相连；工作接地是为了给电子设备、微机控制系统和保护装置一个电位基准，保证其可靠运行，防止地环流干扰。3．由于高低压柜本身都是多都是采用镀锌薄钢板材料，本身也有屏蔽作用，将高低高柜都可靠接地。4．远动终端微机电源地和数字地不与机壳外壳相连，这样可以减小电源线同机壳之间的分布电容，提高抗共模干扰的能力，可明显提高电力远动监控系统的安全性、可靠性。 （三）采取良好的隔离措施 1．为避免远动终端自身电源干扰采取隔离变压器，电源高频噪声主要是通过变压器初、次级寄生电容耦合，隔离变压器初级和次级之间由屏蔽层隔离，分布电容小，可提高抗共模干扰的能力。2．电力远动监控系统开关量的输入主要断路器、隔离开关、负荷开关的辅助触点和电力调压器分接头位置等，开关量的输出主要是对断路器、负荷开关和电力调压器分接头的控制。3．信号电缆尽量避开电力电缆，在印刷远动终端的电路板布线时注意避免互感。4．采用光电耦合隔离，光电耦合器的输入阻抗很小，而干扰源内阻大，且输入/输出回路之间分布电容极小，绝缘电阻很大，因此回路一侧的干扰很难通过光耦送到另一侧去，能有效地防止干扰从过程通道进入主CPU。 （四）滤波器的设计 1．采用低通滤波去高次谐波。2．采用双端对称输入来抑制共模干扰，软件采用离散的采集方式，并选用相应的数字滤波技术。 （五）分散独立功能块供电，每个功能块均设单独的电压过载保护，不会因某块稳压电源故障而使整个系统破坏，也减少了公共阻抗的相互耦合及公共电源的耦合，大大提高供电的可靠性。 （六）数据采集抗干扰设计 1．在信息量采集时，取消专门的变送器屏柜，将变送器部分封装在RTU内，减少中间环节，这样可以减少变送器部分输出的弱电流电路的长度。2．遥信由于合闸一次不到位或由于二次侧振动而产生的误遥信干扰信号，并且还会产生尖脉冲信号，也可能对遥信回路产生干扰误遥信号。 （七）过程通道抗干扰设计 （八）印刷电路板设计。在印刷电路板设计中尽量将数字电路地和模拟地电路地分开；电源输入端跨接10～100μF的电解电容。 （九）控制状态位的干扰设计 （十）程序运行失常的抗干扰设计 （十一）单片机软件的抗干扰设计 （十二）对于终端至通信站的数字通信电缆加穿钢管，特别是穿越其他电力电缆时，避免和其他电力电缆等同沟敷设并保持一定的交叉距离。 （十三）对于特殊的变（配）电所或区间信号站的环境 （十四）提高远动信息传输的可靠性，在电力调度中心和远动终端之间建立出错重发技术直到住处确认信息为止。
食客小冬
电磁兼容（EMC)分为电磁干扰（EMI）与电磁耐受(EMS），所有电子产品均须符合电磁兼容的一般规定。电磁兼容问题在电子、电机、信息、通信等各类产品不断运用高新科技推陈出新之下，除了使用者要求通信质量外，同时也在各国政府积极制定相关规范进行管制之下，更突显出电磁兼容相关问题的重要性与紧迫性。例如，欧洲已加强对进口产品执行后市场检测，造成了许多卡关现象发生。 直到目前为止，确定一个产品会不会影响另一个产品功能的技术仍不是一门精确的科学，且由于产品组合太过复杂，认证机构不可能针对每一种产品组合都进行检测，因而相关主管机关莫不采取从严把关的态度。图1是国际无线电干扰特别委员会（CISPR）针对每个国家所发射的电磁干扰所制定的标准。CISPR是国际电工委员会（IEC）的特别委员会。作为全球两大电子产品消费市场，美国和欧洲的认证标准不太一样，简略而言，美国仅要求电磁干扰，而欧洲则还要求符合电磁耐受的规定。美国FCC标准认证严苛当电流通过电路时，会产生电磁场。这个电磁场从设备电路向外发射，其强度取决于电流的频率与大小。任何电子电路所需功能以外的多余副产品都被称为电磁干扰。目前市面上各种先进电子产品的电磁干扰大多来自高频率的数字信号，信号频率越高，产生的电磁干扰就越多。由于美国联邦通信委员会（FCC）与其它监管机关严格规定每个电子产品的电磁干扰上限，以确保电子产品不会互相干扰，因此上述情况将会产生严重问题，只要产品想销往美国，就必须符合FCC制订的电磁干扰认证标准。在美国境内销售电子产品，FCC要求必须经过在电磁干扰范围的特定环境下测量其电磁干扰。这些产品在特定的频率波段中，必须让其电磁辐射远低于特定值。FCC提供了两种等级的辐射层级：A等级与B等级（表2）。A等级的产品是适用于商业、工业与工作环境的数码产品，而非消费者日常或在家使用的产品；B等级的数码产品则不仅适合家用，也可在其它环境下使用。大致来说，B等级的标准较A等级更为严苛。表1FCC针对A等级与B等级的规定表1列出内容，规定A等级产品的电压层级为10米，B等级电压层级为3米。假设待测物（DUT)超过这些限度，则多余能量必须降至表2所列出的限度以下。如果电磁干扰能量只是刚好低于规定限度是非常危险的，因为这些能量会由于制造过程与环境的改变稍微提高。特别指出的是，在第五谐波上降低过量的特定干扰频率是件十分困难的事情，如果企业强行将安全限度提升至4dB，则将使问题更加严重。通过FCC认证需要注意的十个问题专家总结，通过FCC认证失败通常是以下十个方面的因素造成的：在初期设计阶段就忽略或低估了FCC的要求；选择速度最快零组件与最高频率速率；使用单一或双层机板，而不是选用多层印刷电路板(PCB)机板；在频率布线上，没有考虑到辐射问题；没有使用足够的旁路电容；使用无屏蔽的缆线；使用塑料连接器；没有在缆线设计上使用陶铁磁体；没有整合电路滤波器；没有适当地屏蔽机架。欧洲ESTI标准要求同时符合电磁干扰与电磁耐受欧洲方面，有关电信产品的电磁兼容规定可参考欧洲电信标准协会（ETSI)公告的文件。ETSI是一个负责制定欧洲电信标准的非营利组织，其所制定的标准被很多国家所参考采用，例如中国。ETSI所公告的文件中有关电磁兼容的一般规定为EN301489一1，内容除电磁干扰的规定外,还有电磁耐受的规定，主要是检测产品在各种电磁干扰环境下能否正常工作。测试内容包括：辐射耐受性测试（RadioFrequencyElectromagneTIeField):主要为仿真无线电波、电台信号对产品的影响；静电测试（ElectrostatieDiseharge):主要为模拟人体所带静电或手持工具对产品的影响；电性快速瞬时干扰耐受测试任（FastTransients,commONMode):本试验目的为验证产品的电源线，信号线（控制线）遭受重复出现的快速瞬时脉冲时的耐受程度；电磁传导耐受测试（RadioFrequency,commonMode):本试验为验证产品对射频产生器通过电源线传导的噪声耐受程度；电压瞬断变异耐受测试（VoltageDIPsandInteruptions):本试验为验证产品通过电源线仿真电压变化的耐受程度；雷击耐受性测试（Surges):本试验为针对产品在操作状态下，电源线或通信端口承受开关或雷击瞬时过电压/电流突波的耐受程度。
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