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电测装置交流输入通道设计及其抗干扰研究 (本文档由房地产英才网支持百度文库友情提供）1 引言 随着计算机技术和数字信号处理技术的发展， 交流采样技术在电力参数的测量中得到了越来越多 的应用，成为发展的趋势。这不单是因为随着集成 电路技术的发展，A／D芯片等硬件的功能越来越强 大，可以轻松地完成多路高频率采样；更主要的是因 为数字信号处理技术的发展，采用交流采样方法能 够运用各种不同的软件算法对交流采样来的原始数 据进行处理，从而提取出特定的参数信息，实现直流 采样无法完成的许多功能，极大地促进了电测技术 的发展。 交流采样技术中，由于采用数字信号处理技术 对输入信号进行处理，对交流输入通道的硬件电路 设计要求相对降低。但是，交流输入通道不可避免 地要与电力系统发生电、磁的联系，大量实践证明， 在电力参数测量产品中，交流输入回路是电磁干扰 入侵的一个重要途径。因此，能否设计出具有良好 抗干扰能力的交流输入回路，是一个产品能否适应电 力系统这个强电磁干扰环境的关键问题之一。 本文综合采用各种电磁干扰抑制方法，设计了 一种实用的电力参数交流采样通道，对交流输入回 路中可能产生的各种电磁干扰能够进行有效抑制， 具有抗干扰性强、可靠性高、结构简单的特点。 2 电力系统的电磁干扰分析 处于运行状态的电力系统中的电磁干扰源很 多，其中对电测装置等电子设备影响比较大的主要 的有[1]： (1)断路器、隔离刀闸等一次设备和直流开关等二 次设备操作产生的频率极高的快速暂态过电压。 (2)运行中的供用电设备产生的工频干扰，特别 在系统发生故障时，故障电流产生的工频干扰更为 严重。 (3)输电线路上的电晕放电、污秽外绝缘表面的 局部放电等瞬变干扰。 (4)雷电波入侵。 (5)静电放电。 (6)其他无线电波，如对讲机、手机等无线通信 产品。 对这些干扰源发射的干扰信号进行分析可知， 这些干扰信号一般都具有频率高、幅度大、前沿陡的 特点，含有丰富的谐波分量，可以通过各种分布电容 和分布电感耦合到二次回路和设备中去，对电子设 备会造成骚扰。电磁骚扰的后果，轻则导致逻辑混 乱、显示不正常、程序跑飞等故障，重则损坏设备、造 成保护误动作。 进一步分析这些干扰信号发现，对电子设备起 主要干扰作用的是其中大幅值的高频信号。因此， 电测装置的交流通道设计的重点是采取各种有效措 施尽可能地抑制这些高频干扰信号，阻止其通过交 流采样通道侵入后续的电子电路，从而保证弱电电 路的正常运行。 3 交流输入通道设计 电力参数的交流输入通道一般需要将二次回路 中的交流100V的强电压信号和交流5A的强电流 信号，调理成可供弱电集成器件接受的±5v弱电压 信号。调理的目的在于尽可能地过滤掉各种干扰信 号，尤其是高频干扰，只将装置需要的工频信号传输 过去。为此，典型的电力测控装置的交流采样通道 设计一般都采用隔离变换、低通滤波、过电压保护等 一9 — 们2007年第26卷第10期 电测装置交流输入通道设计及其抗干扰研究 电路环节，其结构框图如图1所示。 罨10V 电压 信~萎号季 l 雯囊 l 5皇v董交流鲨 l 硼H}l 赫5H I 1} 》数字信号 图1 交流采样通道结构框图 3．1 隔离变换环节设计 采用电流互感器／电压互感器一方面将二次回 路中的交流100V的强电压信号和交流5A的强电 流信号，变换成可供弱电集成器件接受的±5V弱电 压信号，另一方面互感器还起到电．磁．电的隔离作 用，将强、弱电信号隔离开来。互感器设计时主要有 以下问题： (1)互感器参数的确定 互感器主要参数有额 定电压、额定电流、变比、容量和线性变换范围等，其 选择不再详述。需要说明的是，互感器若接入的二 次负荷超过额定二次负荷时，其准确度等级将下降。 为保证测量的准确性，一般要求电流互感器的二次 负荷s2必须在额定二次负荷s2Ⅳ的25％ ～100％ 范围内，即：0．25 S2Ⅳ≤S2≤S2Ⅳ。 (2)互感器的接地、屏蔽及空间位置互感器的 隔离作用，对于50Hz及较低频率差不多可以做到 完全抑制共模干扰 ；高频下，由于一次、二次绕组 间存在耦合电容，共模抑制比会降低，为此，一次、二 次绕组间的屏蔽层接地是必要的。另外从设备安全 角度考虑，互感器屏蔽层也一定要可靠接地，一般要 求接地电阻小于2mi2。常用的做法是将所有电压、 电流互感器的屏蔽层以最短线路接到由较粗铜线制 成的网格状接地网上，加粗并尽量缩短插件到装置 总接地的连线。 测控装置需要多 路交流信号输入，不 可避免地要将多个互 感器集中布置，这样 各个互感器彼此之间 的磁场交链，从而互 相产生干扰。因此， 互感器的布置要注意 交流插件板 铁心互相垂直，最大图2 互感器的接地及布置示意图 可能地避免彼此之间的