微机继电保护交流回路抑制瞬变骚扰的措施探讨
摘要：交流回路受到电磁辐射和传导的骚扰，表现为共模骚扰和差模骚扰两种形式，大多数危机控制器可能会暂时降低或者丧失功能，甚至造成元器件功率过大而被烧毁，本文将在了解瞬变骚扰对交流端口影响的基础上，提出微机继电保护交流回路抑制瞬变骚扰的措施。
1.瞬变骚扰对交流回路的影响
将瞬变脉冲群骚扰加快速度施加在测控和低压保护装置之上，并通过示波器监测弱电系统和数据采集系统的波形，可看出瞬变骚扰对交流回路产生的影响，如下：
（1）对弱电电源系统的影响
通过将不同级数的瞬变骚扰施加在交流电压的端口之上，并借助监视模板观察系统波形，分析瞬变骚扰对弱电系统的影响，监视发现微机继电保护装置受到正极性瞬变骚扰和反极性瞬变骚扰的影响程度不同，其中5V、+/-12V、24V电源表现出极性，而5V、12V、24V在反极性的瞬变骚扰之下，表现出明显的“瞬态跌落”.
（2）对数据采集系统的影响
交流电压在瞬变骚扰的影响下，数据采集系统的变流器输出、模拟滤波器输出、变压器输出等，均有不同的干扰反映，将30V电压输入到A相电压回路后，并分别施加三级和四级的瞬变干扰，发现三级瞬变干扰下，直流电源和交流电压端口的A/D器具和CLK信号波形一开始表现出大幅度的上下波动，随后逐渐趋于平稳状态；在四级瞬变干扰下，并且没有加入任何交流量的时候，直流电源和交流电压端口的A相电压一开始表现出极大幅度的上下波动，随后依然处于不稳定波动状态，但幅度相对降低很多；在三级瞬变干扰，并且加入30V电压之后，直流电源和交流电压端口的A相电压大幅度波动，但是密度相对较低，并且随后降低波动幅度后，密度依然保持相对稳定。
由上可见，交流回路在瞬变干扰的影响下，需要采取措施保护弱电电源和数据采集系统，其中微机继电保护应用得当，能够有效抑制瞬变骚扰，减少事故隐患。
2.交流回路瞬变骚扰的抑制措施
出于对瞬变骚扰影响因素的考虑，我们需要了解瞬变骚扰传输的途径，并减少辅助变压器等的耦合电容，以及增加共模骚扰回路的阻抗等，具体的抑制措施如下：
（1）瞬变骚扰传输途径分析
高频瞬变通过交流回路后，形成的干扰途径可用如下高频模型表示，如图1所示：
从图1中，我们看出共模瞬变的脉冲群，从电压端口流入，然后经过变压器原方杂散电容、变压器副方杂散电容、辅助变流器之后，然后藕合后形成模拟回路，再通过杂散电容渗入大地中。以上的模型，说明了高频瞬变经交流回路的干扰途径不能够使用逐次逼近式的A/D,否则数字和模拟的系统地会出现连接问题，尤其是经过数字系统的干扰，会直接降低数据采集系统转换的和系统运作的正确性。
（2）减少藕合电容
变压器原来方绕组和副方绕组之间的藕合电容，使得变流器和变压器的装置内部，在短时间内受到瞬变脉冲的干扰，譬如目前被广泛使用的带屏蔽层变压器的干扰模型，如图2所示：
图2中，C1和C2表示分布电容，该电容存在于变压器原、副方绕组与屏蔽层之间；Z2表示装置对地阻抗；e1和e2表示共模干扰电压；Zc1和Zc2表示对应阻抗；Ze表示屏蔽层接地阻抗。结合模型，变压器原方和副方共模干扰电压e2可用下式表示：
并且我们能够从公式当中，判断出变压器的副方干扰电压，与对应阻抗、装置对地阻抗、屏蔽层接地阻抗有关。据笔者了解，变压器的能量传输不会受到屏蔽层的不良影响，但在一定程度让会影响原方绕组和副方绕组之间的耦合电容，其中变流器分布电容比较小，对应阻抗比较大，而变压器的分布电容比较大，对应阻抗比较小，可见瞬变骚扰通过辅助变压器，微机保护装置受到的影响会相对比较小。除此之外，减少原方绕组和副方绕组对屏蔽层的耦合电容，还可以将绕组沿辅助变压器铁心的两边位置绕制，将耦合电容控制在状态，至于双层的屏蔽层，可以设置在辅助变压器的原方绕组和副方绕组之间，并分别将原方绕组的屏蔽层和副方绕组的屏蔽层连接到大地与数据采集系统的弱电池。
通过之上的分析，确定微机继电保护装置选用辅助变流器和辅助变压器，并且不施加任何大小的电压和电流，在保护装置启动之后，装置通讯系统就会显示交流回路状态，这样就能够大大提高装置抑制瞬变干扰的程度。与此同时，在保持对应阻抗和装置对地阻抗恒定的状态下，减少屏蔽层的接地阻抗，同样能够有效抑制共模干扰。
（3）增加共模骚扰回路阻抗
针对电快速瞬变脉冲群的干扰情况，可以采用EMI吸收磁环的方式，对干扰进行抑制。关于磁环的成分，包括铁氧化物、钴、锌和稀土元素等，产生磁导率用μ = μ′ ?μ′′表示，属于复数。以上公式中，μ ′表示处于弹性状态的磁导率，可以形成瞬变脉冲群感性的阻抗，而μ′′表示处于粘性状态的磁导率，可以形成瞬变脉冲群阻性的负载，而且在干扰频率增强之后，磁导率会随着增加。利用EMI吸收磁环的方式抑制电快速瞬变，主要就是利用μ ′的特性，在低频段时候，μ ′就会表现出极低的感性阻抗值，而且不会对数据线或者信号线的任何信号传输造成任何不良影响，而在高频段，以10MHz作为起始点，避免阻抗无限增大，μ ′的感性阻抗能量也会保持很小的状态，以致骚扰的能量能够以热能的形势，被磁环吸收或者扩散。这一点我们可以从铁氧体磁环的射频阻抗走势看出，从图上分析，可发现磁环的电阻在10MHZ之后，分量会逐渐增大，而快速瞬变脉冲群的干扰主要频率是40-100MHZ,对这些干扰进行阻抗的有效方法，是将铁氧体串接在电流输入线上，以便将干扰的能力全部转化成为热量散发出去。
（4）应用软件编程技术
瞬变骚扰的抑制，需要借助软件编程技术的力量，尤其是针对数据采集系统的波形监控，需要借助转换器软件采集瞬变干扰数据，譬如转换时间，可在中断服务程序启动 之后，控制瞬变干扰的时间间隔，并在程序当中编入电流预警值，这样在启动数据采集系统之后，就能够准确提供电流、电流等样值，关于中断服务程序的流程图，是利用中断服务程序读取出电流和电压采样值，然后将采样值和预警值进行对比分析，如果电流采样值大于预警值，则表示需要启动采样系统和转换，必要时延时作业，然后读取出电流和电压的采样值，而如果采样值小于预警值，则可直接读取电流和电压采样值，启动采样和转换，完成后中断返回。
3.结语
综上所述，微机继电保护将瞬变脉冲群骚扰加快速度施加在测控和低压保护装置之上，并通过示波器监测弱电系统和数据采集系统的波形，可以看出瞬变骚扰对交流回路产生的影响，因此出于对瞬变骚扰影响因素的考虑，我们需要了解瞬变骚扰传输的途径，并减少辅助变压器等的耦合电容，以及增加共模骚扰回路的阻抗等，通过采取措施保护弱电电源和数据采集系统，消除交流回路受到瞬变的干扰，其中微机继电保护应用得当，能够有效抑制瞬变骚扰，减少事故隐患。（作者：殷 勤）