电力仪表可靠性分析及抗干扰方法研究

2019-02-22张兴超

设备管理与维修 2019年2期

张兴超，王陆

（昆明理工大学津桥学院电气与信息工程学院，云南昆明 650106）

0 引言

随着我国科学技术的进步，电子工业得到了飞速发展，各种自动化仪表被广泛应用于电力、化工、石油、交通、建筑、通信和国防等领域。电力仪表是电力系统中一类具有控制电气设备、测量电力参数、监视和分析电能质量等功能的电力测量及控制设备。作为电力网络前端的一种信息采集元件，电力仪表的可靠性是智能电表的一项重要技术标准，对整个电力系统的自动化控制和测量发挥着重要作用。为使电力仪表能更好的应用到电力工业中，应结合设备运行性质和特征，加强其可靠性分析、提升抗干扰能力、防止出现故障，以确保电力系统的安全、可靠、稳定运行。鉴于此，阐述电力仪表可靠性研究的意义，对其影响因素进行详细分析，并提出一套提高电力仪表可靠性的抗干扰方法。以减小各种干扰因素对电力仪表产生的影响，优化其实际应用效果，推动电力仪表行业的健康发展。

1 电力仪表可靠性研究的意义

电力仪表具有信息测量、数据记录以及现场设备的状态监测和控制功能，被广泛应用于电力生产和电能的计量管理中。作为电力参数的重要监测工具，电力仪表的精准测量功能及其可靠性要求对于反映产品质量是否符合行业标准至关重要。其可靠性要求主要体现在2个方面：一是性能需满足电力工业生产的基本监测功能；二是满足电能生产过程中的持续应用功能。电力仪表的技术性能和可靠性之间关系密切，相互影响。工业领域的快速发展使得电能需求迅速增加，推动了电力行业的发展；同时要求电力系统拥有更高的安全性和可靠性。电力生产过程是一个复杂的系统，需要在运行过程中的各个环节加装电力仪表进行相关信息的监测，以保证安全性。而较低的故障率是保证庞大数量的电力仪表可靠性和提高电力系统稳定性的前提条件。因此，需要不断的完善电力仪表可靠性，以确保电力系统安全运行和电能的稳定供应。

2 电力仪表可靠性的影响因素

为了增强各个环节电力仪表的可靠性，使整个电力系统能够安全稳定运行，还应当加强分析控制特点和相关影响因素。在电力系统的电能生产及运行过程中影响电力仪表可靠性的因素很多，而起关键作用的有3点。

（1）施工人员的综合素质因素。电力仪表施工人员作为仪表工程项目的主体，其工作态度、责任心、技能水平和对图纸的熟悉程度等，都与仪表可靠性有着直接的联系。不能严格执行相关规定、施工过程不细心以及图纸分析不清楚等，最终都会造成电力仪表的安装错误、显示精度低等问题。

（2）监管因素。电力仪表在正常运行时，只有体现了科学性、专业性与合理性，才能保证可靠性符合相关行业标准。因此，应在使用过程中，加强管理力度，提高监管水平，从而保证可靠性满足实际应用需求。

（3）环境与应用因素。受外界条件的影响，电力仪表在使用过程中应科学规范操作，以充分发挥实际作用。影响可靠性的外界因素主要有3点：一是环境条件，包括生物、化学、气候、电磁和机械等对电力仪表运行造成的干扰；二是动力因素，包括流体源（气体、液体）和电源等影响电力仪表性能的动力源稳定性；三是负载因素，系统负载与电力仪表特性不符等，也会影响性能的发挥。

3 电力仪表抗干扰方法研究

通过对影响因素的分析发现，可以通过提升施工人员的综合素质、加强监管力度、优化产品设计及提高抗干扰能力等方法，保证电力仪表可靠性。为此从电力仪表抗干扰方法研究入手，来实现可靠性的有效提升。

3.1 硬件抗干扰设计

电力仪表的硬件电路多采用微控制器等数字器件进行设计，容易受到外界干扰的影响。针对电源输入端口产生的谐波和浪涌等干扰，可采用图1的电源保护电路进行设计，该电路具有滤波、抑制浪涌和脉冲干扰的作用。另外，还可以利用模块化的设计思想对硬件电路进行分模块供电，从而避免系统各模块之间互相干扰。

为了有效抑制耦合噪声，可以对电力仪表的硬件电路进行接地设计，以阻断外界环境造成的干扰。根据信号的不同形式，接地可划分为模拟地和数字地。两种接地形式应分开设计，以避免数字电路中的脉冲信号进入模拟电路。另外，还可以采用单点和多点接地相结合的方式对不同的电路进行设计，以提高接地系统的抗干扰能力。

图1 电源保护电路

通过隔离设计将噪声源与硬件电路进行隔离，可有效防止噪声信号进入电力仪表的硬件系统。常用的隔离措施包括变压器隔离、继电器隔离、光电耦合隔离、放大器隔离和布线隔离等。

3.2 软件可靠性设计

智能电力仪表通常采用微控制器与微计量芯片相结合的方式进行设计。为避免总线在通信过程中受到干扰，可在软件系统中加入滤波程序。常用的数字滤波方法包括一阶递归滤波、限幅滤波、算数平均值滤波、递推平均值滤波、中位值滤波法以及符合数字滤波等。

微处理器受到外界干扰时可能发生程序“跑飞”，造成操作系统的混乱。可利用软件陷阱设计引导程序进入一个特定地址，并进行错误处理，以稳定“跑飞”程序。为保证这一过程的信息安全，可采用分散分布存储的数据冗余设计方法，以提高数据的生存概率。为防止程序发生死循环，可采用软件“看门狗”设计产生复位信号，以摆脱干扰。另外，微处理器在向存储器写存储数据时，外界干扰也会造成数据的错误存储；可采用数据校验的方法，以确保数据的正确写入。