變電站干擾及其抑制措施

1、-0- 微機(jī)保護(hù)課程作業(yè)微機(jī)保護(hù)課程作業(yè) 匯 報(bào) 人：權(quán)圣威 材料收集：左小紅 PPT 制作：張海強(qiáng) 指導(dǎo)老師：韓正慶老師 微機(jī)保護(hù)干擾及其抑制措施初探 -1- 一 干擾來(lái)源和傳播途徑 二 硬件抗干擾技術(shù) 三 軟件抗干擾技術(shù) -2- 1 1、外部干擾、外部干擾 外部干擾的主要有：分為三類，即電源干擾、空間干擾、設(shè)備 干擾。 2 2、內(nèi)部干擾、內(nèi)部干擾 內(nèi)部干擾主要有：分布電容或分布電感產(chǎn)生的干擾、多點(diǎn)接地 造成的電位差給系統(tǒng)帶來(lái)的影響等。 從機(jī)理上看，內(nèi)外部干擾物理性質(zhì)相同，因而消除或抑制方法從機(jī)理上看，內(nèi)外部干擾物理性質(zhì)相同，因而消除或抑制方法 沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別 -3- 1

2、1、靜電耦合、靜電耦合 干擾信號(hào)通過(guò)分布電容進(jìn)行傳遞稱為靜電耦合。系統(tǒng)內(nèi)部各導(dǎo) 線之間，印刷線路板的各線條之間，變壓器線匝之間的繞組之間以 及元件之間、元件與導(dǎo)線之間都存在著分布電容。具有一定頻率的 干擾信號(hào)通過(guò)這些分布電容提供的電抗通道穿行，對(duì)系統(tǒng)形成干擾 -4- 2 2、電磁耦合、電磁耦合 電磁耦合是指在空間磁場(chǎng)中電路之間的互感耦合。因?yàn)槿魏屋d流 導(dǎo)體都會(huì)在周圍的空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，而交變磁場(chǎng)又會(huì)在周圍的閉合電 路中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，所以這種電磁耦合總是存在的，只是程度強(qiáng)弱 不同而已。 -5- 3 3、公共阻抗耦合、公共阻抗耦合 公共阻抗耦合是指多個(gè)電路的電流流經(jīng)同一公共阻抗時(shí)所產(chǎn)生的相互影 響。例

3、如系統(tǒng)中往往是多個(gè)電路共用一個(gè)電源，各電路的電流都流經(jīng)電源內(nèi) 阻和線路電阻，成為各電路的公共阻抗。每一個(gè)電路的電流在公共阻抗上造 成的壓降都將成為其它電路的干擾信號(hào)。 -6- 各種干擾信號(hào)通過(guò)不同的耦合方式進(jìn)入系統(tǒng)后，按照對(duì)系統(tǒng)的作用形式又可分 為共模干擾、串模干擾和長(zhǎng)線傳輸干擾。 1 1、共模干擾、共模干擾 共模干擾是在電路輸入端相對(duì)公共接地點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)的干擾，也稱為共態(tài)干擾、 對(duì)地干擾、縱向干擾、同向干擾等。共模干擾主要是由電源的地、放大器的地以及 信號(hào)源的地之間的傳輸線上電壓降造成的，如圖所示。 -7- 當(dāng)放大器為單端輸入時(shí)，共模電壓Vc引入放大器輸入端的串模干 擾電壓為 Vn1 = Ic

4、Zs = VcZs / (Zs+Zr) Zs 為信號(hào)源內(nèi)阻；為信號(hào)源內(nèi)阻； Zr 為放大器輸入阻抗；為放大器輸入阻抗； Zr Zs 因此，因此， Vn1 VcZs / Zr -8- 當(dāng)放大器為雙端輸入時(shí)，共模電壓Vc引入放大器輸入端的串模干擾電壓為 Vn2 = Ic1Zs1 Ic2Zs2 = VcZs1 / (Zs1+Zr1) VcZs2 / (Zs2+Zr2) Zs1 、 Zs2為信號(hào)源內(nèi)阻；為信號(hào)源內(nèi)阻； Zc1 、 Zc2 為放大器輸入端對(duì)地的漏阻為放大器輸入端對(duì)地的漏阻 抗；抗； Zc1 Zs1 Zc2 Zs2 ，因此，因此， Vn2 Vc( Zs1 / Zc1 Zs2 / Zc2 )

5、 當(dāng)當(dāng) Zs1 / Zc1 = Zs2 / Zc2時(shí)時(shí) Vn2 0 -9- 2 2、串模干擾、串模干擾 串模干擾就是指串聯(lián)疊加在工作信號(hào)上的干擾，也稱之為正態(tài)干擾、常 態(tài)干擾、橫向干擾等。 3 3、長(zhǎng)線傳輸干擾、長(zhǎng)線傳輸干擾 所謂“長(zhǎng)線”，取決于集成電路的運(yùn)算速度。例如，對(duì)于毫微秒級(jí)的數(shù) 字電路來(lái)說(shuō)，1米左右的連線就可以當(dāng)作長(zhǎng)線。 長(zhǎng)線傳輸?shù)娜齻€(gè)問(wèn)題：一是長(zhǎng)線傳輸易受到外界干擾，二是具有信號(hào)延 時(shí)，三是高速變化的信號(hào)在長(zhǎng)線傳輸時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)波反射現(xiàn)象。 -10- 一 干擾來(lái)源和傳播途徑 二 硬件抗干擾技術(shù) 三 軟件抗干擾技術(shù) -11- 抑制共模干擾的主要方法是設(shè)法消除不同接地點(diǎn)之間的電位差 1

6、1、變壓器隔離、變壓器隔離 2 2、光電隔離、光電隔離 模擬信號(hào)經(jīng)放大后，利用光電隔離的線性區(qū)，直接對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行光電耦合傳送 -12- 3 3、浮地屏蔽、浮地屏蔽 采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來(lái)抑制共模干擾。所謂浮地，就是利用屏 蔽方法使信號(hào)的“模擬地”浮空，從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。 放大器放大器 模擬地模擬地 Rg 內(nèi)屏蔽內(nèi)屏蔽 Z1 外屏蔽（機(jī)殼）外屏蔽（機(jī)殼） G Z2 機(jī)器地機(jī)器地 Vg S1 S2 S3 Zs Ig1 4 4、采用具有高共模抑制比的儀表放大器作為輸入放大器、采用具有高共模抑制比的儀表放大器作為輸入放大器 儀表放大器具有共模抑制能力強(qiáng)、輸入阻抗高、漂移低、增益可調(diào)等

7、優(yōu) 點(diǎn)，是一種專門用來(lái)分離共模干擾與有用信號(hào)的器件。 -13- 1 1、濾波、濾波 如果串模干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率高，則采用輸入低通濾波器來(lái)抑制高 頻串模干擾；如果串模干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率低，則采用高通濾波器來(lái)抑 制低頻串模干擾；如果串模干擾頻率落在被測(cè)信號(hào)頻譜的兩側(cè)，應(yīng)采用帶通 濾波器。 一般情況下，串模干擾均比被測(cè)信號(hào)變化快，故常用二階阻容低通濾波 網(wǎng)絡(luò)作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入濾波器。 2 2、采用雙絞線作為信號(hào)線、采用雙絞線作為信號(hào)線 若串模干擾和被測(cè)信號(hào)的頻率相當(dāng)，則很難用濾波的方法消除。此時(shí)， 必須采用其它措施，消除干擾源。通常可在信號(hào)源到計(jì)算機(jī)之間選用帶屏蔽 層的雙絞線或同軸電纜，

8、并確保接地正確可靠。 采用雙絞線作為信號(hào)引線的目的是減少電磁干擾。雙絞線能使各個(gè)小環(huán) 路的感應(yīng)電勢(shì)相互抵消。一般雙絞線的節(jié)距越小抗干擾能力越強(qiáng)。 銅線銅線聚氯乙烯聚氯乙烯 套層套層 屏蔽層屏蔽層絕緣層 絕緣層 屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線 STP 銅線銅線 聚氯乙烯聚氯乙烯 套層套層 絕緣層絕緣層 無(wú)屏蔽雙絞線無(wú)屏蔽雙絞線 UTP -14- 導(dǎo)線節(jié)距/cm噪聲衰減率抑制噪聲效果/dB 空氣中平行導(dǎo)線1:10 雙絞線1014:123 雙絞線7.571:137 雙絞線5112:141 雙絞線2.5141:143 鋼管中平行導(dǎo)線22:127 雙絞線的節(jié)距與噪聲衰減率雙絞線的節(jié)距與噪聲衰減率 3 3、電流傳送

9、、電流傳送 當(dāng)傳感器信號(hào)距離主機(jī)很遠(yuǎn)時(shí)很容易引入干擾。如果在傳感器出口處將 被測(cè)信號(hào)由電壓轉(zhuǎn)換為電流，以電流形式傳送信號(hào)，將大大提高信噪比，從 而提高傳輸過(guò)程中的抗干擾能力。 -15- 采用帶有屏蔽的雙絞線可以在很大程度上減少空間電磁場(chǎng)的干擾 ；采用終端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除長(zhǎng)線傳輸中的波反射 或者把它抑制到最低限度。 0 0 C L R P （1 1）波阻抗的測(cè)量）波阻抗的測(cè)量 -16- （2 2）長(zhǎng)線傳輸中波阻抗的終端匹配）長(zhǎng)線傳輸中波阻抗的終端匹配 （3 3）長(zhǎng)線傳輸中波阻抗的始端匹配）長(zhǎng)線傳輸中波阻抗的始端匹配 -17- 一 干擾來(lái)源和傳播途徑 二 硬件抗干擾技術(shù) 三 軟件抗

10、干擾技術(shù) -18- 對(duì)于開關(guān)量的輸入，為了確保 信息準(zhǔn)確無(wú)誤，在軟件上可采取多 次讀取的方法(至少讀兩次)，認(rèn)為 無(wú)誤后再行輸入。 2 2、開關(guān)量、開關(guān)量( (數(shù)字量數(shù)字量) )信號(hào)輸出抗干擾措施信號(hào)輸出抗干擾措施 1 1、開關(guān)量、開關(guān)量( (數(shù)字量數(shù)字量) )信號(hào)輸入抗干擾措施信號(hào)輸入抗干擾措施 -19- 1 1、數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)冗余 數(shù)據(jù)冗余就是將要保護(hù)的原始數(shù)據(jù)在另外兩個(gè)區(qū)域同時(shí)存放，建立 兩個(gè)備份，當(dāng)原始數(shù)據(jù)塊被破壞時(shí)，用備份數(shù)據(jù)塊去修復(fù)。備份數(shù)據(jù)的 存放地址應(yīng)遠(yuǎn)離原始的存放地址以免被同時(shí)破壞。數(shù)據(jù)區(qū)也不要靠近棧 區(qū)，以防止萬(wàn)一堆棧溢出而沖掉數(shù)據(jù)。 2 2、指令冗余、指令冗余 當(dāng)CPU受

11、到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來(lái)執(zhí)行，引起程序 混亂。當(dāng)程序彈飛到某一單字節(jié)指令上時(shí)，便自動(dòng)納入正軌。當(dāng)彈飛到 某一雙字節(jié)指令上時(shí)，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯(cuò)。當(dāng)程序 彈飛到三字節(jié)指令上時(shí)，因它有兩個(gè)操作數(shù)，繼續(xù)出錯(cuò)的機(jī)會(huì)更大。因 此，我們應(yīng)多采用單字節(jié)指令，并在關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié) 指令(NOP)或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)書寫，這便是指令冗余。 -20- 1 1、設(shè)置軟件陷阱、設(shè)置軟件陷阱 當(dāng)干擾導(dǎo)致程序計(jì)數(shù)器PC值混亂時(shí)，可能造成CPU離開正確的指令順 序而跑飛到非程序區(qū)去執(zhí)行一些無(wú)意義地址中的內(nèi)容，或進(jìn)入數(shù)據(jù)區(qū)， 把數(shù)據(jù)當(dāng)作操作碼來(lái)執(zhí)行，使整個(gè)工作紊亂，系統(tǒng)失控。針對(duì)

12、這種情況 ，可以在非程序區(qū)設(shè)置陷阱，一旦程序飛到非程序區(qū)，很快進(jìn)入陷阱， 然后強(qiáng)迫程序由陷阱進(jìn)入初始狀態(tài)。 所謂軟件陷阱，就是一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個(gè)指 定的地址，在那里有一段專門對(duì)程序出錯(cuò)處理的程序。軟件陷阱安排在 以下4種地方：（1）未使用的中斷向量區(qū)；(2)未使用的大片ROM空間； (3)表格；(4)程序區(qū)。 -21- 2 2、設(shè)置監(jiān)視跟蹤定時(shí)器、設(shè)置監(jiān)視跟蹤定時(shí)器 也稱為看門狗定時(shí)器(Watchdog)，在程序運(yùn)行的每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)， 對(duì)定時(shí)器重新初始化。如果程序運(yùn)行失常，跑飛或進(jìn)入局部死循環(huán)，不 能按正常循環(huán)路線運(yùn)行，則Watchdog定時(shí)器得不到及時(shí)的重新初始化而 使定時(shí)時(shí)間到，引起復(fù)位。 上電或系統(tǒng)復(fù)位上電或系統(tǒng)復(fù)位 NMI 初始化初始化 現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù) 計(jì)時(shí)刷新計(jì)時(shí)刷新 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集 運(yùn)運(yùn) 算算 輸出刷新輸出刷新 現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù) t= Ta? N Y P1 T1 TM1 PC P2 T2 TM2 Tl是應(yīng)用程序的運(yùn)行周期；定時(shí)器TM2是Watchdog。 利用溢出脈沖P2并附加必要的程序設(shè)計(jì)，可以檢測(cè)系統(tǒng) 的出錯(cuò)，使應(yīng)用程序重新恢復(fù)正常運(yùn)行或使系統(tǒng)復(fù)位 后恢復(fù)運(yùn)行。 監(jiān)控定時(shí)器監(jiān)控定時(shí)器Watchdog的工作原理的工作原理 -