數字式時間繼電器抗干擾方法的研究

瀏覽次數：1030發布日期：2020-09-23

摘要：通過對數字式時間繼電器在電磁干擾情況下的誤動原因的分析，初步論述了數字式時間繼電器在這種干擾條件下的抗干擾措施，為進一步提高數字式時間繼電器抗干擾性能和可靠性提出參考依據。

關鍵詞：數字式時間繼電器抗干擾濾波

0 引言
隨著數字技術和相關專業的不斷發展，繼電保護技術也有了很大發展，如靜態繼電器在電力系統中的應用，其中數字式時間繼電器作為基礎元件，已廣泛應用于各種繼電保護及自動控制回路中，使被控制設備或電路的動作獲得所需延時，并用以實現主保護與后備保護的選擇性配合。
數字式時間繼電器用于繼電保護，首先用于替換電磁型和晶體管型時間繼電器。它可縮短過流保護的級差，減少維護量，提高保護的動作正確率。保護了主系統及主設備的安全穩定運行。由于它具有精度高、穩定性好、整定方便、直觀、改變定值無需進行校驗、整定范圍寬等特點，深受用戶的歡迎。由此數字式時間繼電器在電力系統中得到廣泛應用。
但近幾年，數字式時間繼電器在電力系統中多次出現誤動，給用戶造成很大的損失。誤動的原因如系統環境差、使用維護問題、產品質量問題、器件損壞、抗干擾性能差等等原因，但*難處理的問題是數字式時間繼電器抗干擾性能差，本文在此針對數字式時間繼電器抗干擾性能方面，提出了自己的看法，供參考。

1 提高抗干擾能力方法
1.1 干擾的主要來源
在電力系統運行中的繼電器受到干擾主要是電磁干擾，來源有以下幾種
(1)直流低壓回路斷開電感性負載（如接觸器、中間繼電器等）或電磁型電流、電壓繼電器觸點抖動時，常會產生快速瞬變脈沖組電波；
(2)高壓變電所臨近高壓電器設備操作時產生的感應干擾；
(3)攜帶式步話機和相鄰或附近設備發生的調頻電磁波及電弧放電時產生的高頻電磁輻射；
(4)設備中脈沖電路、時鐘回路、開關電源、收發訊機等通過空間傳播的電磁能量；
(5)帶電荷的操作人員觸及到設備的導電部件時產生放電。
1.2 電磁干擾的傳播方式
電磁干擾的傳播方式主要有兩種形式，即傳導和輻射。傳導是通過導線以電流或電壓的形式作用在繼電器上。輻射是通過空間以電磁場的形式作用于繼電器上。對于數字式時間繼電器主要的傳導路徑為電源線。因此抑制傳導干擾的主要部分在數字式時間繼電器的電源部分。
1.3 提高抗干擾的措施
根據電磁干擾的來源和干擾方式及數字式時間繼電器的工作特點，對數字式時間繼電器提高抗干擾能力采用的措施主要從以下方面進行解決。
(1) 電源輸入端增加EMI 濾波器。EMI 濾波器是一種低通濾波器，由無源元件構成的多端口網絡。它不僅能衰減由傳導傳播干擾方式引起的干擾，同時也對輻射干擾方式的干擾有顯著的抑制作用。這樣的濾波器對于低頻（20—100kHz）特別有效。再通過選用合適的鐵氧體材料鐵芯，它的抑制頻率范圍可增大到400MHz。
由于數字式時間繼電器的體積小，受結構的限制，成型的EMI 濾波器一般體積較大，不適用。而繼電器工作頻率不高，設計及工藝相對要求不高，同時也可降低成本，因此在電路里直接設計出EMI濾波器是非常可行的。
配件經嚴格篩選，可選到接近理想狀態，但實際上存在偏差。
濾波器中介質電容、電感均可改變，適當變化期間的耦合，對于線路開關、接觸器、執行機構，觸點抖動產生的瞬變干擾能起到充分的抑制作用。
(2) 數字電路抗干擾一般措施
①時鐘頻率應在工作允許的條件下選用*低的；② 必須對電源線，控制線去耦以防止外部干擾進入；③ 每個集成電路的電源與地之間要加去耦電容。要求電容的高頻性能好；④ 在速度不快的信號線上加去耦電容。
(3) 合理設計印刷電路板 ① 印刷板上的電源與地線要呈“井”字形布線，以均衡電流，降低線路電阻；②布線時高、低壓線分開，交、直流分開；③輸入、輸出線不要緊靠時鐘發生器、電源線等電磁專線，不要緊靠復位線、控制線等脆弱信號線；④ 相鄰板間交叉布線；⑤ 盡量減少電源線走線的有效包圍面積，這樣可以減少電磁耦合；⑥相鄰層布線應互相垂直；⑦走線不要有分支，以防導致反射和產生諧波；⑧正確接入旁路電容。數字電路在工作時，電流突變較大，會產生很強噪聲信號，應按圖4 在電源線上正確接入旁路電容；⑨ 接地點集中。

(4) 合理配線 ① 輸入電源線與地線應盡量短；② 板與板間的連線或接插件連線應盡量短。且線與線間分開；③ 配線時，電源線與觸點引出線應分開；④ 正、負電源線應互相絞合，以降低共模干擾。
(5) 采用新工藝 ① 采用貼裝技術采用表面貼裝裝封技術，可以顯著減少由于器件的引線較長而產生的雜散寄生電容、電感，簡化了屏蔽的設計，所以在很大程度上減少了電磁干擾和射頻干擾。②采用多層線路板從2 層印制電路板改為4 層印制電路板，可大大改善發射和抗擾度性能。

2 結語
以上分析了數字式時間繼電器抗干擾的問題。經實際應用，解決了以前數字式時間繼電器所存在的干擾問題，動作可靠性有很大提高，在某項電力系統中現場應用，也得到了證實。

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