［關(guān)鍵詞］防干擾技術(shù)；繼電保護(hù)裝置；外部干擾源；電磁屏蔽

［中圖分類(lèi)號(hào)］TM774 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）10–0088–03

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、復(fù)雜程度的日益提高，以及各種電子設(shè)備和非線(xiàn)性負(fù)載的廣泛應(yīng)用，電磁環(huán)境變得愈發(fā)復(fù)雜，干擾問(wèn)題日益突出。干擾信號(hào)可能導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作或拒動(dòng)作，給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重威脅。通過(guò)對(duì)防干擾技術(shù)的不斷探索和創(chuàng)新，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的可靠運(yùn)行提供更堅(jiān)實(shí)的保障，推動(dòng)電力行業(yè)朝著更加智能、高效及安全的方向發(fā)展。

1繼電保護(hù)裝置的干擾來(lái)源

1.1外部干擾源

（1）雷電沖擊。雷電直接擊中電力設(shè)備或輸電線(xiàn)路，會(huì)產(chǎn)生極高的電壓和電流。這些瞬態(tài)的過(guò)電壓和過(guò)電流可能通過(guò)線(xiàn)路傳導(dǎo)進(jìn)入繼電保護(hù)裝置，導(dǎo)致裝置中的電子元件瞬間過(guò)載，甚至損壞。雷電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)也會(huì)通過(guò)電磁感應(yīng)在二次回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，干擾繼電保護(hù)裝置的正常工作。

（2）靜電放電。在干燥的環(huán)境中，物體之間的摩擦或分離可能產(chǎn)生靜電。當(dāng)靜電積累到一定程度并突然釋放時(shí)，會(huì)產(chǎn)生短暫而強(qiáng)烈的電流脈沖。如果靜電放電發(fā)生在繼電保護(hù)裝置附近，可能會(huì)耦合到裝置的敏感電路中，引起誤動(dòng)作或造成電子元件的損壞。

（3）電力系統(tǒng)短路故障。電力系統(tǒng)短路瞬間會(huì)產(chǎn)生巨大的短路電流，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓急劇下降。電壓的突變會(huì)在二次回路中感應(yīng)出暫態(tài)電壓，影響繼電保護(hù)裝置的測(cè)量和判斷。短路故障還會(huì)引起系統(tǒng)的電磁暫態(tài)過(guò)程，產(chǎn)生高頻的電磁場(chǎng)，對(duì)繼電保護(hù)裝置的信號(hào)傳輸和處理造成干擾。

（4）高壓開(kāi)關(guān)操作。在分合閘操作時(shí)，開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)間會(huì)產(chǎn)生電弧，電弧的熄滅和重燃會(huì)引起一系列的暫態(tài)過(guò)程，包括高頻振蕩和過(guò)電壓。這些暫態(tài)信號(hào)可能通過(guò)母線(xiàn)和互感器傳遞到繼電保護(hù)裝置，干擾其正常運(yùn)行。

（5）無(wú)線(xiàn)電信號(hào)。來(lái)自廣播電臺(tái)、移動(dòng)通信基站等的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，如果其頻率與繼電保護(hù)裝置的工作頻率相近或諧波重合，可能會(huì)通過(guò)電磁耦合進(jìn)入裝置內(nèi)部。較強(qiáng)的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)可能會(huì)覆蓋或扭曲繼電保護(hù)裝置的正常信號(hào)，導(dǎo)致測(cè)量誤差或控制指令錯(cuò)誤。

1.2內(nèi)部干擾源

（1）繼電器自身的電磁輻射。繼電器在工作時(shí)，其內(nèi)部的電流變化會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的變化又會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，從而形成電磁輻射。這種電磁輻射可能會(huì)干擾附近的敏感電路，尤其是在高頻率切換或大電流通過(guò)時(shí)，輻射強(qiáng)度可能更大。

（2）電源波動(dòng)。電力系統(tǒng)中的負(fù)載變化、電網(wǎng)故障或電源設(shè)備自身的問(wèn)題可能導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置的供電電源出現(xiàn)波動(dòng)。電壓的升高或降低會(huì)影響電路中各元件工作狀態(tài)，導(dǎo)致信號(hào)失真、邏輯錯(cuò)誤或元件損壞。

（3）電路中的電感電容耦合。在繼電保護(hù)裝置的電路中，電感和電容元件廣泛存在。當(dāng)電流通過(guò)電感時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電容在充放電過(guò)程中也會(huì)引起電壓的變化。這種耦合可能導(dǎo)致信號(hào)串?dāng)_、噪聲疊加，影響繼電保護(hù)裝置對(duì)輸入信號(hào)的準(zhǔn)確判斷和處理。

2防干擾技術(shù)的類(lèi)型及原理

2.1屏蔽技術(shù)

屏蔽技術(shù)是一種常用的防干擾技術(shù)，其原理是通過(guò)物理屏障來(lái)阻擋或吸收外部干擾信號(hào)，從而保護(hù)內(nèi)部敏感電路免受干擾。屏蔽可分為電磁屏蔽、射頻屏蔽及靜電屏蔽。

電磁屏蔽的原理在于使用導(dǎo)電材料（如銅、鋁）制成的殼體或網(wǎng)罩，包圍需要保護(hù)的電路或設(shè)備。電磁屏蔽的作用是反射、吸收或抵消外部電磁干擾。射頻屏蔽是專(zhuān)門(mén)用于阻擋射頻干擾的屏蔽，通常用于無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備。靜電屏蔽用于防止靜電干擾，特別是對(duì)于敏感的電子組件，如集成電路。

在繼電保護(hù)裝置中，屏蔽技術(shù)可以減少或阻擋空間中的電磁波傳播，避免高敏感設(shè)備受電磁干擾的影響，維護(hù)其運(yùn)行的穩(wěn)定性。例如，繼電保護(hù)裝置的關(guān)鍵部分可能會(huì)被安裝在金屬屏蔽盒內(nèi)，或整個(gè)裝置可能會(huì)被放置在一個(gè)屏蔽良好的控制柜中。

屏蔽技術(shù)的有效性取決于屏蔽材料的選擇、屏蔽結(jié)構(gòu)的完整性，以及屏蔽與被屏蔽物體之間的接口處理。正確設(shè)計(jì)和實(shí)施屏蔽技術(shù)可以顯著提高繼電保護(hù)裝置的抗干擾能力，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

2.2濾波技術(shù)

濾波技術(shù)是一種通過(guò)濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行篩選和處理，以去除干擾成分的技術(shù)。濾波器本質(zhì)上是一種頻率選擇器件，可以讓某些特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，而阻止其他頻率范圍的信號(hào)。

在繼電保護(hù)裝置中，常見(jiàn)的濾波器有低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器及帶阻濾波器。濾波器的實(shí)現(xiàn)方式有多種，包括無(wú)源濾波器和有源濾波器。無(wú)源濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但性能可能受到元件參數(shù)的限制。有源濾波器具有更好地濾波性能和靈活性，但成本相對(duì)較高。

在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)干擾信號(hào)的頻率特性和繼電保護(hù)裝置的工作要求，選擇合適類(lèi)型和參數(shù)的濾波器，以有效去除干擾，保證裝置正常工作。

2.3接地技術(shù)

接地技術(shù)是一種重要的防干擾技術(shù)，在繼電保護(hù)裝置中，如果接地不良，可能會(huì)導(dǎo)致以下問(wèn)題：①當(dāng)存在干擾源時(shí)，裝置的不同部分可能會(huì)出現(xiàn)不同的電位，從而產(chǎn)生共模干擾電壓，這會(huì)影響測(cè)量精度，甚至導(dǎo)致誤動(dòng)作的出現(xiàn)。②裝置無(wú)法及時(shí)將靜電電荷泄放，可能會(huì)造成靜電放電，損壞敏感元件。

為了實(shí)現(xiàn)有效接地，需要注意以下幾點(diǎn)：①接地電阻要小，以保證良好的導(dǎo)電性；②采用單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地或混合接地方式，要根據(jù)具體的電路結(jié)構(gòu)和工作頻率進(jìn)行選擇；③確保接地導(dǎo)體的截面積足夠大，以承受可能的故障電流；④注意接地系統(tǒng)的完整性和連續(xù)性，避免出現(xiàn)斷點(diǎn)或接觸不良的情況。

2.4隔離技術(shù)

隔離技術(shù)主要包括光電隔離與電磁隔離。

光電隔離器通常由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成。光通過(guò)隔離介質(zhì)照射到光敏晶體管上，從而在輸出側(cè)產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。輸入側(cè)和輸出側(cè)之間沒(méi)有直接的電氣連接，而是通過(guò)光進(jìn)行信號(hào)傳輸，因此可以有效阻斷電信號(hào)的直接傳導(dǎo)。

電磁隔離是基于變壓器的原理，將專(zhuān)用變壓器安裝在回路端口上，一次側(cè)和二次側(cè)借助磁路中介傳遞電能。初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間只有磁的耦合，沒(méi)有電氣連接，所以能夠有效隔離輸入電路和輸出電路之間的直流和低頻干擾信號(hào)。

總之，隔離技術(shù)通過(guò)切斷干擾信號(hào)的傳導(dǎo)路徑，實(shí)現(xiàn)了不同電路或系統(tǒng)之間的有效隔離，保護(hù)了敏感電路免受外部干擾的影響。

3防干擾技術(shù)在繼電保護(hù)裝置中的具體應(yīng)用

3.1硬件設(shè)計(jì)中的防干擾措施

在繼電保護(hù)裝置硬件設(shè)計(jì)的防干擾處理中，可以結(jié)合上述各類(lèi)防干擾技術(shù)原理，采取以下措施。

（1）合理布局電路板。將敏感元件與干擾源遠(yuǎn)離，如將弱電部分與強(qiáng)電部分分開(kāi)布局，以減少干擾的傳播。

（2）優(yōu)化布線(xiàn)?？s短信號(hào)線(xiàn)長(zhǎng)度，可以減少信號(hào)傳輸過(guò)程中的衰減和干擾。加粗電源線(xiàn)和地線(xiàn)，以降低線(xiàn)路阻抗，減少干擾。

（3）選擇合適的元件。盡量采用低噪聲元件，如濾波器與低噪聲放大器等，減少裝置自身產(chǎn)生的干擾。對(duì)于芯片而言，其也應(yīng)當(dāng)具有良好的抗干擾性能。

（4）在芯片電源引腳附近添加去耦電容，濾除電源中的高頻噪聲。

（5）使用屏蔽技術(shù)，對(duì)敏感電路或元件進(jìn)行屏蔽，如使用金屬外殼或屏蔽罩，減少外界干擾的影響。通過(guò)進(jìn)行有效的接地設(shè)計(jì)（如單點(diǎn)接地），將電路中的接地點(diǎn)集中在一點(diǎn)，避免形成接地環(huán)路。

例如，在一個(gè)繼電保護(hù)裝置中，可以將處理器、ADC（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器）等核心元件布置在遠(yuǎn)離干擾源的位置，信號(hào)線(xiàn)采用雙絞線(xiàn)或屏蔽線(xiàn)，以減少外界電磁干擾的影響。在電源輸入端添加大容量電解電容和小容量陶瓷電容，進(jìn)行濾波和去耦。另外，使用金屬外殼對(duì)敏感電路進(jìn)行屏蔽，并合理規(guī)劃接地，將數(shù)字地和模擬地分開(kāi)，并通過(guò)單點(diǎn)接地連接到電源地，借此提高繼電保護(hù)裝置的可靠性和穩(wěn)定性，確保其在復(fù)雜的電磁環(huán)境中正常工作。

3.2軟件算法中的抗干擾處理

（1）數(shù)字濾波算法的應(yīng)用。常見(jiàn)的數(shù)字濾波算法包括中值濾波、均值濾波、卡爾曼濾波等。這些算法可以根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)和干擾的類(lèi)型，選擇合適的濾波算法，以提高信號(hào)的質(zhì)量和可靠性。

（2）數(shù)據(jù)校驗(yàn)與糾錯(cuò)技術(shù)。其可以檢測(cè)和糾正數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤，有效提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，從而提高繼電保護(hù)裝置的性能。

（3）充分利用軟件陷阱與看門(mén)狗技術(shù)，用于捕獲和處理異常情況，以及監(jiān)測(cè)程序運(yùn)行狀態(tài)。

3.3系統(tǒng)級(jí)的防干擾方案

對(duì)繼電保護(hù)裝置中系統(tǒng)級(jí)防干擾方案的設(shè)計(jì)也較為關(guān)鍵，重點(diǎn)在于系統(tǒng)布線(xiàn)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝與調(diào)試等。

在系統(tǒng)布線(xiàn)規(guī)劃中，可以將強(qiáng)電和弱電分開(kāi)布線(xiàn)，避免強(qiáng)電對(duì)弱電信號(hào)的干擾，并盡量使線(xiàn)路平行布置，減少線(xiàn)路之間的交叉，降低互感和電容耦合產(chǎn)生的干擾。對(duì)于敏感信號(hào)線(xiàn)路（如測(cè)量回路與控制回路等）而言，應(yīng)當(dāng)使用屏蔽線(xiàn)纜，并正確接地，以減少外界電磁場(chǎng)的干擾。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以進(jìn)行分層布置，如將電源模塊與信號(hào)處理模塊分開(kāi)，減少相互干擾。對(duì)易受干擾的部分和對(duì)干擾敏感的部分，可以采用物理隔離的方式，如設(shè)置金屬隔板或屏蔽罩。另外，需要合理規(guī)劃通風(fēng)通道，減少設(shè)備過(guò)熱導(dǎo)致的性能下降和誤動(dòng)作發(fā)生概率。

在設(shè)備安裝與調(diào)試中，需要注意以下幾點(diǎn)：①在設(shè)備安裝中，應(yīng)當(dāng)確保設(shè)備外殼、接地端子等與接地系統(tǒng)連接良好，接地電阻符合要求。所有的接線(xiàn)端子、插頭插座等應(yīng)緊固連接。遵循設(shè)備的電磁兼容安裝要求。②在調(diào)試中，需要進(jìn)行干擾測(cè)試，并合理整定繼電保護(hù)裝置的參數(shù)，如動(dòng)作閾值、延時(shí)時(shí)間等。

4結(jié)束語(yǔ)

繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵成分，對(duì)于維護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要作用。借助屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)、接地技術(shù)及隔離技術(shù)等多種手段，繼電保護(hù)裝置得以在復(fù)雜的電磁環(huán)境中準(zhǔn)確、迅速地檢測(cè)并處理故障，有助于大幅降低系統(tǒng)故障帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，維護(hù)電力企業(yè)經(jīng)營(yíng)效益及人們的用電生活。隨著技術(shù)的發(fā)展，將有更多創(chuàng)新型的防干擾技術(shù)應(yīng)用于繼電保護(hù)裝置的研發(fā)中，以進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)的安全性能，推動(dòng)我國(guó)電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。