鐵路電力終端免干擾特征
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編者按：本論文主要從電磁干擾產(chǎn)生的原因及特點；干擾對電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的影響；抗干擾設(shè)計分析等進(jìn)行講述，包括了傳導(dǎo)瞬變和高頻干擾、場的干擾、對通信線路的干擾、繼電器本身原因、屏蔽措施、電源與干擾源之間耦合通道都相對較多，很容易影響到遠(yuǎn)動終端設(shè)備、采取良好的隔離措施等，具體資料請見:
[論文摘要]研究分析電磁干擾產(chǎn)生的原因、特點及干擾對電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的影響，從設(shè)計的角度對鐵路電力遠(yuǎn)動監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾分析研究。
抗干擾設(shè)計是電力遠(yuǎn)動監(jiān)控系統(tǒng)安全運行的一個重要組成部分，在研制綜合自動化系統(tǒng)的過程中，如果不充分考慮可靠性問題，在強電場干擾下，很容易出現(xiàn)差錯，使整個電力遠(yuǎn)動監(jiān)控系統(tǒng)無法正常運行或出錯誤（誤跳閘事故等），無法向站場和區(qū)間供電，影響鐵路行車安全。
一、電磁干擾產(chǎn)生的原因及特點
（一）傳導(dǎo)瞬變和高頻干擾
1．由于雷擊、斷路器操作和短路故障等引起的浪涌和高頻瞬變電壓或電流通過變（配）電所二次側(cè)進(jìn)入遠(yuǎn)動終端設(shè)備，對設(shè)備正常運行產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重還可損壞電路。2．由電磁繼電器的通斷引起的瞬變干擾，電壓幅值高，時間短、重復(fù)率高，相當(dāng)于一連串脈沖群。3．鐵路電力供電中，特別是現(xiàn)代高速鐵路對電力要求都比較高，一般都是幾路電源供電，母線投切轉(zhuǎn)換比較頻繁，振蕩波出現(xiàn)的次數(shù)較多。
（二）場的干擾
1．正常情況下的穩(wěn)態(tài)磁場和短路事故時的暫態(tài)磁場兩種，特別是短路事故時的磁場對顯示器等影響比較大。2．由于斷路器的操作或短路事故、雷擊等引起的脈沖磁場。3．變電所中的隔離開關(guān)和高壓柜手車在操作時產(chǎn)生的阻尼振蕩瞬變過程，也產(chǎn)生一定的磁場。4．無線通信、對講機(jī)等輻射電磁場對遠(yuǎn)動終端會產(chǎn)生一定的干擾，鐵路中繼站通常會和通信站在一處，通信發(fā)射塔對中繼站電力遠(yuǎn)動終端設(shè)備的干擾比較大。
（三）對通信線路的干擾
1．鐵路變電所遠(yuǎn)動終端的數(shù)據(jù)由串口通信經(jīng)雙絞線進(jìn)入車站通信站，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換成光信號沿鐵通專用通信光纜送至電力遠(yuǎn)動調(diào)度中心，遙信和遙控數(shù)據(jù)在變電所到通信站的過程走的是電信號，由于變電所高低壓進(jìn)出線纜很多，遠(yuǎn)動終端受的干擾比較大。2．中繼站一般距鐵路都比較近，列車通過時的振動對遠(yuǎn)動終端設(shè)備有一定的干擾。
（四）繼電器本身原因
繼電器本身可能由于某種原因一次性未合到位而產(chǎn)生干擾的振動信號，或負(fù)荷開關(guān)、斷路器、隔離開關(guān)等二次側(cè)產(chǎn)生振動信號。
二、干擾對電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的影響
無論交流電源供電還是直流供電，電源與干擾源之間耦合通道都相對較多，很容易影響到遠(yuǎn)動終端設(shè)備，包括要害的CPU；模擬量輸入受干擾，可能會造成采樣數(shù)據(jù)的錯誤，影響精度和計量的準(zhǔn)確性，還可能會引起微機(jī)保護(hù)誤動、損壞遠(yuǎn)動終端設(shè)備和微機(jī)保護(hù)部分元器件；開關(guān)量輸入、輸出通道受干擾，可能會導(dǎo)致微機(jī)和遠(yuǎn)動終端判斷錯誤，遠(yuǎn)動調(diào)試終端數(shù)據(jù)錯誤遠(yuǎn)動終端CPU受干擾會導(dǎo)致CPU工作不正常，無法正常工作，還可能會導(dǎo)致遠(yuǎn)動終端程序受到破壞。
三、抗干擾設(shè)計分析
（一）屏蔽措施
1．高壓設(shè)備與遠(yuǎn)動終端輸入、輸出采用有鎧裝（屏蔽層）的電纜，電纜鋼鎧兩端接地，這樣可以在很大程度上減小耦合感應(yīng)電壓。2．在選擇變電所和中繼站電力設(shè)備時盡量選設(shè)有專門屏蔽層的互感器，也有利于防止高頻干擾進(jìn)入遠(yuǎn)動終端設(shè)備內(nèi)部。3．在遠(yuǎn)動終端設(shè)備的輸入端子上對地接一耐高壓的小電容，可以有效抑制外部高頻干擾。
（二）系統(tǒng)接地設(shè)計
1．一次系統(tǒng)接地主要是為了防雷、中性點接地、保護(hù)設(shè)備，合適的接地系統(tǒng)可以有效的保障設(shè)備安全運行，對于斷路器柜接地處要增加接地扁鐵和接地極的數(shù)量，設(shè)備接地處增加增加接地網(wǎng)絡(luò)互接線，降低接地網(wǎng)中瞬變電位差，提高對二次設(shè)備的電磁兼容，減少對遠(yuǎn)動終端的干擾。2.二次系統(tǒng)接地分為安全接地和工作接地，安全接地主要是為了避免工作人員因設(shè)備絕緣損壞或絕緣降低時，遭受觸電危險和保證設(shè)備安全，將設(shè)備外殼接地，接地線采用多股銅軟線，導(dǎo)電性好、接地牢固可靠，安全接地網(wǎng)可以和一次設(shè)備的接地網(wǎng)相連；工作接地是為了給電子設(shè)備、微機(jī)控制系統(tǒng)和保護(hù)裝置一個電位基準(zhǔn)，保證其可靠運行，防止地環(huán)流干擾。
3．由于高低壓柜本身都是多都是采用鍍鋅薄鋼板材料，本身也有屏蔽作用，將高低高柜都可靠接地。4．遠(yuǎn)動終端微機(jī)電源地和數(shù)字地不與機(jī)殼外殼相連，這樣可以減小電源線同機(jī)殼之間的分布電容，提高抗共模干擾的能力，可明顯提高電力遠(yuǎn)動監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、可靠性。
（三）采取良好的隔離措施
1．為避免遠(yuǎn)動終端自身電源干擾采取隔離變壓器，電源高頻噪聲主要是通過變壓器初、次級寄生電容耦合，隔離變壓器初級和次級之間由屏蔽層隔離，分布電容小，可提高抗共模干擾的能力。2．電力遠(yuǎn)動監(jiān)控系統(tǒng)開關(guān)量的輸入主要斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)的輔助觸點和電力調(diào)壓器分接頭位置等，開關(guān)量的輸出主要是對斷路器、負(fù)荷開關(guān)和電力調(diào)壓器分接頭的控制。3．信號電纜盡量避開電力電纜，在印刷遠(yuǎn)動終端的電路板布線時注意避免互感。4．采用光電耦合隔離，光電耦合器的輸入阻抗很小，而干擾源內(nèi)阻大，且輸入/輸出回路之間分布電容極小，絕緣電阻很大，因此回路一側(cè)的干擾很難通過光耦送到另一側(cè)去，能有效地防止干擾從過程通道進(jìn)入主CPU。
（四）濾波器的設(shè)計
1．采用低通濾波去高次諧波。2．采用雙端對稱輸入來抑制共模干擾，軟件采用離散的采集方式，并選用相應(yīng)的數(shù)字濾波技術(shù)。
（五）分散獨立功能塊供電，每個功能塊均設(shè)單獨的電壓過載保護(hù)，不會因某塊穩(wěn)壓電源故障而使整個系統(tǒng)破壞，也減少了公共阻抗的相互耦合及公共電源的耦合，大大提高供電的可靠性。
（六）數(shù)據(jù)采集抗干擾設(shè)計
1．在信息量采集時，取消專門的變送器屏柜，將變送器部分封裝在RTU內(nèi)，減少中間環(huán)節(jié)，這樣可以減少變送器部分輸出的弱電流電路的長度。2．遙信由于合閘一次不到位或由于二次側(cè)振動而產(chǎn)生的誤遙信干擾信號，并且還會產(chǎn)生尖脈沖信號，也可能對遙信回路產(chǎn)生干擾誤遙信號。
（七）過程通道抗干擾設(shè)計
（八）印刷電路板設(shè)計。在印刷電路板設(shè)計中盡量將數(shù)字電路地和模擬地電路地分開；電源輸入端跨接10～100μF的電解電容。
（九）控制狀態(tài)位的干擾設(shè)計
（十）程序運行失常的抗干擾設(shè)計
（十一）單片機(jī)軟件的抗干擾設(shè)計
（十二）對于終端至通信站的數(shù)字通信電纜加穿鋼管，特別是穿越其他電力電纜時，避免和其他電力電纜等同溝敷設(shè)并保持一定的交叉距離。
（十三）對于特殊的變（配）電所或區(qū)間信號站的環(huán)境
（十四）提高遠(yuǎn)動信息傳輸?shù)目煽啃裕陔娏φ{(diào)度中心和遠(yuǎn)動終端之間建立出錯重發(fā)技術(shù)直到住處確認(rèn)信息為止。
