继电保护装置信号端口电磁干扰传播通道的建模与仿真

杨哲++刘淼淼++陈江涛++付宾++雷明远

[摘 要]电磁干扰的形成对电力系统稳定工作的影响是很大的，不仅直接关系到网间的电力传输效果与质量，而且还有可能影响到输变电站的正常工作信号传输，本文就结合实际情况对电磁干扰在继电保护装置中的影响作用进行简析。

[关键词]电磁干扰；继电保护；电能

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0270-01

1.电磁干扰的性质与内容

电路是个闭合环路，信号从源端发出到达接收端后，最终都要通过地层回到源端，如果地的阻抗太大，接收端的地就会比源端高一些，如果高得比较多再加上信号本身的波动，就有可能出现传输错误。高频信号附近地不完整的话，整个信号环路就会变大，相同电流情况下，辐射出去的磁场能量就会增大，辐射就会变大。变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。这句话说得很形象很形象。虽然不怎么对，但是十分重要。高速信号，它的电位会以很高的频率上下变化，于是便产生了磁场。这个磁场对外传播——对于其他信号而言，这便是电磁辐射。在空间中传播的手机信号、wifi信号、调频信号等各种信号，他们都是在空间中传播着的变化的磁场。它们会引起信号回路中电位的变化——对于电路板上的高速信号而言，这便是电磁辐射。上面说了两点，都指向在空间中传播的磁场，换句话说也就是电磁波。而“波”，要消除它的影响，办法无非两种：消耗和反射。像声波在空气中传播，渐行渐小——声波促使空气发生波动，它所携带的能量变成了空气运动的动能，最后又变成空气摩擦产生热能。波所携带的能量变成其他形式的能量（包括存储为势能），我把这称为消耗。还有反射，这个好理解，太阳光照过来，你用镜子把他们反射回去，于是阳光便照不到你身上。对抗电磁辐射的方法，说来就两种，消耗和反射——在辐射接触到关键信号之前把它消耗掉，或是把它反弹回去。

2.继电保护以及继电保护装置的作用

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。

固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。

固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。

继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。

3.增强系统中抗电磁干扰能力的措施

微控制器主要采用高速CMOS技术制造。信号输入端静态输入电流在1mA左右，输入电容10PF左右，输入阻抗相当高，高速CMOS电路的输出端都有相当的带载能力，即相当大的输出值，将一个门的输出端通过一段很长线引到输入阻抗相当高的输入端，反射问题就很严重，它会引起信号畸变，增加系统噪声。当Tpd》Tr时，就成了一个传输线问题，必须考虑信号反射，阻抗匹配等问题。

信号在印制板上的延迟时间与引线的特性阻抗有关，即与印制线路板材料的介电常数有关。可以粗略地认为，信号在印制板引线的传输速度，约为光速的1/3到1/2之间。微控制器构成的系统中常用逻辑电话元件的Tr（标准延迟时间）为3到18ns之间。

当信号的上升时间快于信号延迟时间，就要按照快电子学处理。此时要考虑传输线的阻抗匹配，对于一块印刷线路板上的集成块之间的信号传输，要避免出现Td》Trd的情况，印刷线路板越大系统的速度就越不能太快。好的高频去耦电容可以去除高到1GHZ的高频成份。陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计印刷线路板时，每个集成电路的电源，地之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能；另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容为0.1uf的去耦電容有5nH分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，也就是说对于10MHz以下的噪声有较好的去耦作用，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1uf，10uf电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频率噪声的效果要好一些。在电源进入印刷板的地方和一个1uf或10uf的去高频电容往往是有利的，即使是用电池供电的系统也需要这种电容。

去耦电容值的选取并不严格，可按C=1/f计算；即10MHz取0.1uf，对微控制器构成的系统，取0.1～0.01uf之间都可以。

参考文献

[1] 电磁继电器的工作原理及其功能[J].白琼燕，李生仁.科教文汇（下旬刊）.2013（06）.

[2] 军用电磁继电器结构分类和比较[J].谢勇，梁慧敏，由佳欣，谢国强.低压电器.2013（10）.