电磁辐射选频仪范文
时间：2023-10-20 17:32:05
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篇1
关键词：移动通信基站；电磁辐射；广播；监测
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.11.149
1 引言
随着移动通信网络规模的扩大和用户数量的增加，移动通信基站的数量不断增加。公众在充分享受现代通信设备为生活带来的便捷的同时，遍布各地的移动通信基站所产生的电磁辐射是否威胁人体健康，也逐渐成为各个运营商和公众争论的焦点。[1]公众对移动通信基站周边电磁环境安全性的关注、焦虑、冲突及相关投诉逐年上升。
但应注意的是，由于中、短波广播具有影响范围广、发射功率大、场强大的特征，且大中型城市普遍都有大型的中波广播发射台，中、短波广播是城市电磁辐射环境的主要贡献源之一。非选频测量仪很可能在测量基站电磁信号的同时也测到了中短波广播台信号，导致最终测值比基站电磁信号场强值偏高[2]。若基站监测时不区别、排除中短波信号的干扰，依照基站限值对包含中短波信号的基站电磁辐射监测值进行安全性评价，最终可能会得到基站电磁辐射水平不合格的错误结论。
2 监测方法
2.1 信号监测
实时监测当前测量环境中移动通信基站信号是否存在干扰信号，该干扰信号包括：中波信号或者短波信号；选取包括中短波频段和基站频段的综合电场探头，使该综合电场探头连接监测仪主机，得到综合电磁辐射监测仪；将综合电磁辐射监测仪垂直架设，使综合电磁辐射监测仪中的综合电场探头和监测仪主机的连线垂直于地面，记录该综合电磁辐射监测仪的垂直场强数据监测值；将综合电磁辐射监测仪水平架设，使综合电磁辐射监测仪中的综合电场探头和监测仪主机的连线平行于地面，记录综合电磁辐射监测仪的水平场强数据监测值；根据垂直场强数据监测值与水平场强数据监测值的变化幅度，监测当前测量环境中是否存在中短波信号。
2.2 干扰信号的判断
在监测到当前测量环境中存在移动通信基站信号的干扰信号时，分别测量当前测量环境中包含移动通信基站信号和干扰信号的综合场强以及干扰信号的干扰场强；计算垂直场强数据监测值与水平场强数据监测值的变化幅度；当水平场强数据监测值大于垂直场强数据监测值以及水平场强数据监测值存在任意一方向的最大值，且变化幅度大于设定阈值时，判定当前测量环境中存在短波信号；当垂直场强数据监测值大于水平场强数据监测值，且变化幅度大于设定阈值时，判定当前测量环境中存在中波信号；当变化幅度小于设定阈值时，判定当前测量环境中不存在中波信号和短波信号。其中，综合电磁辐射监测仪和专用电磁辐射监测仪均为非选频式宽带辐射测量仪。测量时采用绝缘支撑架；该绝缘支撑架用于架设综合电磁辐射监测仪和专用电磁辐射监测仪，以采集当前测量环境中的场强值；其中，绝缘支撑架包括：三脚架或者绝缘延伸杆。
2.3 干扰信号的监测
如果当前环境中存在中短波信号，则选取包括中短波频段的专用电场探头，使专用电场探头连接监测仪主机，得到专用电磁辐射监测仪；将专用电磁辐射监测仪垂直架设，使专用电磁辐射监测仪中的专用电场探头和监测仪主机的连线垂直于地面，记录专用电磁辐射监测仪的垂直短波场强数据监测值；将专用电磁辐射监测仪水平架设，使专用电磁辐射监测仪中的专用电场探头和监测仪主机的连线平行于地面，记录专用电磁辐射监测仪的水平中波场强数据监测值。
2.4 计算与评价
根据综合场强和干扰场强，计算移动通信基站电磁辐射场强，在监测到当前测量环境中存在中波信号时，选取综合电磁辐射监测仪的水平场强数据监测值作为中波综合场强测量值；在监测到当前测量环境中存在短波信号时，选取综合电磁辐射监测仪的垂直场强数据监测值作为短波综合场强测量值。其中，根据综合场强和干扰场强，计算移动通信基站电磁辐射场强，分别按照以下公式计算移动通信基站电磁辐射场强：
其中，Eb表示移动通信基站电磁辐射场；E1表示中波综合场强测量值；Em表示水平中波场强数据监测值。
其中，Eb表示移动通信基站电磁辐射场强；E2表示短波综合场强测量值；Es表示垂直短波场强数据监测值。
将计算得到的移动通信基站电磁辐射场强与标准场强限值进行比较，得到比较结果。根据得到的比较结果，评价移动通信基站电磁辐射场强是否符合国家电磁环境控制限值要求。
3 小结
本文介绍的移动通信基站电磁辐射的监测方法，与现有技术相比，其能够实现简单、快速、低成本地甄别基站监测过程中中短波广播的影响，减少检测人员工作量；并且，利用现有仪器及频段差异特性，通过间接计算得到基站准确测值，降低了监测成本；同时，排除了中短波信号的干扰以及中短波信号错误参与基站安全性评价，实现了准确、客观地评价通信基站单项照射剂量。
参考文献：
篇2
在30～3000MHz的频率内，电场强度公众照射导出限值为12V／m(功率密度为4OuW／cm2)。《辐射环境保护管理导则电磁辐射环境影响评价方法与标准》(HJ／T10．3—1996)【3】规定，对单个项目的影响必须限定在《电磁辐射防护规定》限值的若干分之一。在评价时，对于由国家环境保护局负责审批的大型项目可取GB8702—88中场强限值的1／，或功率密度限值的1／2。其他项目则取场强限值的1，或功率密度限值的1／5作为评价标准。因此，本次研究中环境电场强度评价标准值取5．4V／m(功率密度为8uW／cm2)。
2、4G基站的监测与评价
2．1、4G基站的选取本次研究选取温州试验网的3个典型4G基站，分别为温州环保局、灰桥农机公司、云中花园二基站。目前，4G基站试运行的频率为18801920MH，机顶功率为20W。3个基站均为多频共址的宏蜂窝基站。选取的4G基站主要技术指标见表1。
2．2、测量仪器测量使用德国NardaSafetyTestSolutions公司生产的SRM3000电磁辐射选频测量系统，频率响应范围75—3000MHz，量程范围2．5×10—420OV／m。
2．3、测试条件天气：阴；相对湿度：55—70％；环境温度：18．1—23．6。C；风力小于3级。测量时间选择在白天8：00—18：00，此段时间为用户使用手机的高峰期。
2．4、监测方法优先考虑基站天线的主瓣方向，对于发射天线架设在楼顶的基站，在楼顶公众可活动范围内布设监测点位，优先布设在公众可以到达的距离天线最近处，同时根据现场环境情况对点位进行适当调整。测量高度：探测器离地1．7m(或离立足点1．7m)。测量时仪器探头与操作人员之间距离不少于0．5m。每个测点读数5次，每次读数时间不应小于15S，并读取稳定状态的最大值，若测点读数起伏较大时，应适当延长测量时间。以5次读数的平均值为该点的测量值。
2．5、质量保证其一，测量中使用的仪器每年均由上海市计量测试技术研究院进行检定。其二，操作程序严格按照HJ／T10．3—1996中的有关规定。
2．6、监测结果本次研究测量时，3个基站均处于正常试运行状态，共选取了22个测试点位，88个测量值，经过数据处理和分析后，选择测量点位在基站天线的主瓣方向，距离天线最近处，将其测量数值列于表2。从表2可以看出，在4G频段(1880～1920MHz)内，3个基站的电场强度测量值为分别为0．19Vim、0．22V／ITI、0．53V／m，均低于《电磁辐射环境影响评价方法和标准》中规定的单个项目的环境电场强度评价标准值。
3、结论
篇3
关键词：PLC控制系统；电磁干扰；抗干扰
可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，是一种将传统的继电器控制技术、微机技术和通讯技术相融合，专为工业控制而设计的专用控制器。要提高PLC控制系统的可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面要求在工程设计、安装施工和使用维护时高度重视，采取有效措施增强系统的抗干扰性能。
一、PLC控制系统电磁干扰的主要类型
（一）电源干扰
正常情况下，PLC系统的电源由电网供电。由于电网覆盖面广，它将受到空间电磁干扰而在线路上产生感应电压和电流，而电网内部电压和电流的变化，可通过输电线路传到电源中。PLC电源通常采用的是隔离电源，但由于受机构及制造工艺等因素影响，其隔离效果并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。实践证明，PLC控制系统的很多故障是由电源引入的干扰引起的。
（二）信号线干扰
与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除传输有效信息外，还传输外部干扰信号。干扰主要有2种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰。由信号线引入的干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度降低，严重时将引起元器件损伤；对隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰易造成I/O模件损坏，从而引起系统故障。
（三）接地系统干扰
接地是提高PLC控制系统可靠工作的有效手段之一。正确接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；错误接地，会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统接地、屏蔽接地、交流接地和保护接地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在接地电位差，引起接地环路电流，从而影响系统正常工作。
（四）空间辐射干扰
空间辐射主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，其分布极为复杂。若PLC系统置于辐射场内，就会受到辐射干扰，其影响主要有2条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆或PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。
二、提高PLC控制系统的可靠性的主要措施
（一）抗电源干扰措施
电源是干扰进入PLC的主要途径之一，电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的，各种大功率用电设备是主要的干扰源。如果PLC使用交流电源，在干扰较强或对可靠性要求很高的场合，可以在PLC的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器，隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来干扰，提高高频共模干扰能力，屏蔽层应可靠地接地。高频干扰信号不是通过变压器的绕组耦合，而是通过初级、次级绕组之间的分布电容传递的。在初级、次级绕组之间加绕屏蔽层，并将它和铁芯一起接地，可以减少绕组间的分布电容，提高抗高频干扰的能力。
（二）防输入信号干扰措施
1．防感性输入信号干扰的措施。在输入端有感性负载时，为了防止反冲感应电势损坏模块，在负载两端并接电容C和电阻R（交流输入信号），或并接续流二极管VD（直流输入信号）。交流输入方式时，C、R的选择要适当才能起到较好的效果，一般参考数值为负荷容量如在10VA以下，一般分别选0.1μF、120欧；负荷容量在l0VA以上时，一般分别选0.47μF、47欧较适宜。直流输入方式时，并接续流二极管。如果与输入信号并接的电感性负荷大时，使用继电器中转效果最好。
2．防感应电压的措施。一可采用输入电压的直流化即如果可能的话，在感应电压大的场合，改交流输入为直流输入；二可在输入端并接浪涌吸收器；三在长距离配线和大电流的场合，由于感应电压大，可用继电器转换。
（三）防输出信号干扰措施
在交流感性负载的场合，在负载的两端并接CR浪涌吸收器，而且CR愈靠近负载，其抗干扰效果愈好；在直流负载的场合，在负载的两端接续流二极管VD，二极管也要靠近负载，二极管的反向耐压最好是负载电压的4倍，另外也可用上述连接CR浪涌吸收器的方法解决；在开关时产生干扰较大的场合，对于交流负载可使用双向晶闸管输出模块；交流接触器的触点在开、闭时产生电弧干扰，可在触点两端连接CR浪涌吸收器，效果较好，要注意的是触点开时，通过CR浪涌吸收器会有一定的漏电流产生；电动机或变压器开关干扰时，可在线间采用CR浪涌吸收器；在控制盘内可用中间继电器进行中间驱动负载的方法。
（四）防外部配线干扰措施
为了防止或减少外部配线的干扰，要注意做到以下几点：交流输入/输出信号与直流输入/输出信号分别使用各自的电缆；在30m以上的长距离配线时，输入信号线与输出信号线分别使用各自的电缆；集成电路或晶体管设备的输入/输出信号线，必须使用屏蔽电缆，屏蔽层的处理应注意输入/输出侧悬空，而在控制器侧接地；控制器的接地线与电源线或动力线分开；输入/输出信号线与高电压、大电流的动力线分开配线；远距离配线有干扰或感应电压时，或敷设电缆有困难、费用较大时，可采用远程I/0的控制系统。
（五）正确选择接地点，完善接地系统
良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件，PLC一般最好单独接地，与其它设备分别使用各自的接地装置。另外，PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时，接地线的截面应>2mm2，总母线使用截面>60mm2的铜排；接地极的接地电阻应
（六）利用软件编程提高系统工作可靠性
PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们来设计一些程序，可有效的提高控制系统的可靠性、安全性，完善的程序不但要满足现场工艺流程和系统控制的要求，而且还要根据需要选用软件编程的方法进行信号相容性检查，其中包括：开关信号之间的状态是否矛盾，模拟值的变化范围是否正常，开关量和模拟量信号是否一致，以及各个信号的时序是否正确等。采取时间故障检测法、逻辑错误检测法、联锁控制等方法，充分利用PLC的软、硬件资源，精心设计电路和编写程序，能极大的提高系统的可靠性。
篇4
【关键词】干扰来源；特点；处理方法；处理效果
1.引言
当前的工程应用中，越来越重视动态测量及其数据处理。在测量压力、位移、振动、速度、温度等参量时，由于在动态测量过程中存在各方面的干扰，而且仪器输入量和测试结果（数据或信号）是随时间而变化的，它们对动态测量系统的稳定度和精确度产生直接或间接的影响，严重时即可使动态测量系统不能正常工作。因此，动态测量系统的设计、制造、安装和使用等各个方面都需要考虑抗干扰的问题。
2.动态测量过程中干扰的来源及其特点
由于各种测试系统和测试过程以及其所在的环境因素千变万化、层出不穷，因此几乎没有两个系统的干扰情况完全相同，即使是在同一系统中，干扰现象在不同时刻产生的影响也不尽相同。在动态测量系统测试过程中，经常遇到的干扰主要有人为的或其他客观存在的（如辐射、磁场等）等外部因素引起的，也有测量仪器内部元器件等产生的。但是综合起来考虑，则主要存在的干扰有：人为因素、空间辐射、磁场、电磁感应、信号通道干扰、电源干扰和数字电路不稳定性等。
人为因素主要是在手动操作的测量中不正确人为操作或人为误差引起的，可消除性大，但对系统的影响也大，严重时可导致错误结果。空间辐射、磁场电磁感应干扰主要由于测量系统在周围环境中受到电磁辐射和磁场的影响，很难消除干扰源，只能从系统自身着手解决。信号通道干扰是由于传感器和测试系统信号处理器之间距离长，传输信号很容易扰，同时也存在多对信号电缆相互干扰，干扰信号进入系统重要途径就是I/O通道。系统一般由工业用电网络供电，当系统与其它经常变动的大负载（大功率电机的启停）共用电源时，很可能引起测量系统电源欠压、浪涌、下陷或产生尖峰干扰。另外当电源引线较长时，产生电压降、感应电势等也会对系统产生严重的干扰，这些干扰常给高精度系统带来麻烦。
数字集成电路引出的直流电流虽然只有mA级，但当电路处在快速开关时，就会形成较大的干扰。例如TTL门电路在导通状态下从直流电源引出5mA左右，截至状态下为1mA，在5ns的时间内其电流变化为4mA，若配电线上有0.5μH电感，当状态改变时，配电线上将产生0.4V噪声电压，而这种门电路的供电电压仅为5V，如果把这个值乘上典型系统的大量门电路数值，其所引起的干扰将是非常严重的。
3.干扰处理方法及处理效果
干扰处理方法概括有三项基本原则：防止干扰窜入、远离干扰源、消除干扰源。动态测量系统的抑制干扰方法主要有隔离与耦合、滤波和屏蔽、优化布线、软件消除、系统接地等。正确的接地和屏蔽结合起来能够很好地抑制干扰，如限制和降低干扰噪声电平、旁路杂散辐射能量和防止系统遭受干扰，还可以保护操作人员人身安全和设备安全。接地处理一般可以采取多种方法，如一点接地和多点接地、交流地和信号地、浮地与接地，各种接地应按正确方法进行，如埋设铜板法、接地棒法和网状接地法等。
平行导线之间存在着互感和分布电容，进行信息传送时会产生串扰，影响系统工作可靠性，如功率线、载流线与小信号线平行走线，电位线与脉冲线平行走线，电力线与信号线平行走线等都会引起串扰，因此布线时应按一定的走线原则进行布线。对于元器件空余输入端应采取一定的处理方法，如并联输入端、接高电平或悬空后利用反相器接地；对于数字电路可采取设置高频去耦合电容，并进行良好接地。软件抗干扰起着非常重要的作用，在硬件基础完善后，必须采取更有效的软件抗干扰措施。常用的软件抗干扰方法主要有：采用数字滤波方法既能剔除干扰数据，又可消除系统误差；设置睡眠模式可以降低功耗，减少干扰对CPU的影响；利用看门狗定时器可使得CPU不至于失去控制；在程序中加入冗余指令，防止程序跑飞。
3.1 人为操作因素干扰
对于此类干扰，动态测量过程的操作人员都应经过一定的培训来保证仪器操作以及测试数据结果的正确性，要坚持原则性，严格按照系统工作方式进行操作运行。
3.2 空间辐射干扰、强磁场电磁感应干扰
对于空间辐射干扰和强磁场电磁感应干扰，动态测量系统通常采取屏蔽和滤波技术抑制干扰。
屏蔽主要以金属等其他材料构成的可以防止干扰的屏蔽体，且能有效地抑制辐射、电磁波、磁场等干扰源产生的干扰。屏蔽体主要以反射或吸收的方式来削弱这些干扰，从而形成对干扰的屏蔽，良好地保证动态测量过程的正常进行。其中对电磁波和磁场产生的干扰的最有效方法就是选用高导磁材料制作的屏蔽体，使电磁波经屏蔽体壁的低磁阻磁路通过，而不影响屏蔽体内的电路；对屏蔽电场或辐射场时，则选用铜、铝等电阻率小的金属材料作屏蔽体屏蔽低频磁场时，选磁钢、铁氧体等磁导率高的材料；在屏蔽高频磁场时，选择铜、铝等电阻率小的材料，如：在两导线间插入一接地导体，进行静电蔽体。对静电蔽体，加一块金属板就起能作用，而对电磁屏蔽，板壁过簿时就会无效，同时抗干扰性能与屏蔽体的外部形状也有关，但是注意如板壁过厚，将产生一定的涡流电流，而涡流电流会形成反磁场，阻碍磁通进入屏蔽板。
为了有效发挥屏蔽体的屏蔽作用，消除屏蔽体与内部电路的寄生电容，屏蔽体应按“一点接地”的原则接地。利用抗电磁干扰能力和抗静电干扰强的光纤传输和传感技术的抗干扰方法也能很有效的抑制干扰。
3.3 电源干扰
要正确处理电源干扰，就必须了解当前所使用的动态测量系统电源干扰的特点及主要来源，从而对系统电源进行持续不断的监控和测试，通常我们可以通过电源干扰测试仪来实现对电源干扰的监控和测试。电源干扰测试仪能够实时地监测电源上出现的各种干扰和波动，一旦出现干扰，它能及时地记录各种干扰发生的时间及大小并进行统计，给以后测试系统排除电源干扰提供重要依据，同时它还能提供相应的电源干扰抑制相关途径，保证动态测量过程的顺利进行。
3.4 信号通道干扰
干扰信号进入微机测试系统的一个重要途径就是I/O通道，尤其是当变送器远离测试系统时，这些干扰包括共模干扰和电磁感应干扰，在多对的信号电缆中还会相互干扰，通常采取的措施有如下几点。
3.4.1 硬件滤波
在信号加入到输入通道之前，可采用硬件低通滤波器来滤除交流干扰，常用的低通滤波器有：RC滤波器、LC滤波器和有源滤波器。
RC滤波器结构简单，成本也低，且不需要调整，但它的串模抑制比不够高，一般需2～3级才能达到滤波要求。LC滤波器的串模抑制较高，但电感成本高、体积大。有源滤波器对低频干扰具有很好的抑制作用，其原理是产生一个与干扰信号幅值相等、相位相反的反馈信号，在滤波器的输入端进行叠加，从而将干扰信号消除。
3.4.2 采用差动方式传送信号
其原理是差动放大器只对差动信号起放大作用，而对共模电压起不到放大作用，因此能够有效地抑制共模噪声的干扰，性能也比较好。
3.4.3 采用双绞屏蔽线传送信号
把两根导线相互扭绞，电流流过两根导线时产生的磁场以相互扭绞时最小，扭绞越大，节距就越小，对串模干扰的抑制比就越高，抗干扰性能就越好。在精度要求高、干扰严重的场所，应当采用双绞屏蔽信号线，可使电场屏蔽和电磁屏蔽作用大大加强，抗干扰性能也会大大加强。
3.4.4 信号线的敷设
信号线若敷设不合理，不仅达不到抗干扰的效果，反而会引入新的干扰。因此信号线的铺设要注意以下几点：信号电缆与电源电缆必须分开，绝对避免信号线与电源线合用同一股电缆；屏蔽层要一端接地，避免多点接地；尽量远离干扰源，如避免把信号线敷设在大容量变压器或大功率电动机等设备附近。
3.4.5 数字电路干扰
该方法主要是提高动态测量系统中敏感元器件的抗干扰性能，即尽量减少对干扰噪声的拾取，并从不正常状态尽快恢复。主要有效措施有：电路板布线时尽量减少回路环的面积，从而降低感应噪声，同时电源线和接地线要尽量粗，降低耦合噪声和减小压降；单片机电路尽量使用电源监控和系统保护电路，空余单片机I/O接口要接地或接电源，不能悬空，其它IC闲置端在不改变系统逻辑下也应接地或接电源；IC器件应直接焊接在电路板上，尽量的减少IC插座。
3.4.6 软件抗干扰
该方法主要有利用数字滤波器等来滤除干扰，采用看门狗软件、多次采样技术、定时刷新输出口等抑制干扰。
4.结论
由于动态测量系统使用环境不同，其干扰源也不同，处理方式更显得多种多样，综合考虑应用软硬件技术和具体问题具体分析的方法来解决和排除干扰，消除误差，提高测量结果的准确性，保证测量系统的正常运行。抗干扰设计中虽然需要很强的理论指导，但更主要还是靠在实践中不断地摸索和积累抗干扰经验，才能把对系统的干扰降低到最低限度内，使系统能够完善正常的工作。
参考文献
[1]朱利香.动态测试中的抗干扰技术[D].中南大学，2006.
[2]李传伟.测试系统的干扰及其抑制[J].自动化仪表，2005， 26（9）.
篇5
关键词：物理性污染控制；教学实践；教学方法
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）48-0117-03
“物理性污染控制”课程是高等学校环境工程专业的重要专业课程之一[1]。“物理性污染控制”主要研究有关噪声、振动、电磁辐射、放射性、热和光等污染的基础知识以及有效治理措施和方案。当物理运动的强度超过了人体的耐受程度时即会形成物理性污染[1]。随着社会经济的快速发展，我国物理环境（特别是声环境）的污染问题愈发突出，如何经济有效地控制物理性污染问题是环境工程专业人才的主要培养目标之一。作为一名计划或即将从事环境保护相关工作的大学生，有很大一部分将参加注册环保工程师考试。注册环保工程师专业考试内容明确了物理性污染防治与水污染防治、大气污染防治、固体废物处理处置等四个专业方向为主要考核内容[2]，这足以说明物理性污染控制课程的重要性以及物理性污染控制在环境治理中的必要性。
通常，物理性污染控制课程采用理论教学、实验教学和课程设计等方式开展教学活动，并以理论教学为主，学生的课堂参与程度不高。如何提高学生对知识的掌握程度和运用能力，使学生能够适应我国环保产业的快速发展，因此有必要对“物理性污染控制”的课程内容和实践体系进行建设和改革。本文结合多年的教学实践，对该课程进行教学改革的必要性和教学改革的方法展开讨论。
一、物理性污染控制工程教学改革的必要性
1.课程内容选择。“物理性污染控制”课程囊括了噪声、振动、电磁辐射、放射性、热和光等六大物理性污染及其治理措施和方案。噪声和振动之间存在一定的联系外，其他的物理要素间的关联性则较弱，各类物理性污染的治理方法和措施方面存在较大不同。“物理性污染控制”课程的内容抽象、结构逻辑性松散、理论计算公式较多[3，4]，但课程教学学时短等问题。如何合理安排各章节内容找准课程重点，加强学生对关联性较差知识点的掌握，是课程教学过程中需要解决的重要问题之一。
2.课程内容重叠。根据教学大纲，物理性污染控制课程内容主要讨论噪声污染控制、振动污染控制、电磁污染及其控制、放射性污染及其控制、热污染及其控制和光污染及其控制。各章节在内容设计中均涉及了污染的监测和评价部分，其中污染物监测与“环境监测”（第五学期开课）课程中的监测等内容重复，污染物评价内容与“环境影响评价”（第六学期开课）课程中的评价内容有部分重叠。因此，在课程教学过程中需要协调与其它课程的关系，抓住课程重点展开教学活动。
3.实践环节薄弱。理论教学通常是课程教学的主要手段。纯理论教学虽然可以使学生学到物理性污染控制的基本理论，但是对于物理性污染控制工程这样一门实践性较强的课程而言，实践教学环节对于学生深入体会课程内容则非常重要。目前，学校在物理性污染控制实验室建设方面的投入不足，尚没有可以用于开展物理性污染控制实验课程的场所。因此，在实践教学环节主要以课程设计为主，而课程设计主要又偏重于理论计算，对于解决实际问题方面则有待加强。
二、教学方法改革与创新
1.课程内容的选择。物理性污染是物理要素引起的环境污染问题，要解决物理性污染的问题就应该从物理学原理出发寻找经济有效的方法和措施。因此在课程教学内容的结构体系的设计中，我们将教学内容分为三个层次，依次为基础知识、防治和控制技术原理和防治和控制技术应用。教学过程中按照物理性要素的基础知识测量与评价控制技术三个教学环节循序渐进的开展教学（图1）。在合理安排教学内容的前提下，依据勘察设计环保工程师资格考试的基本要求，选择课程教学的主要内容为“噪声污染控制”、“振动污染及其控制”和“电磁辐射污染与防治”，并以噪声污染控制的技术原理、设计计算和案例分析作为课程教学的重点。将放射性及其防治、热污染及其防治和光污染及其防治作为学生课外学习的内容，课堂学习过程中进行简要的讲解。
2.辅助教参的选择。我们根据物理性污染控制工程的教学大纲，选择了高等教育出版社出版的《物理性污染控制》（陈杰）作为课程教材。为增强教学效果，提高学生对课程内容难点的理解和掌握程度，我们亦有针对性地选择了几本参考书。例如，针对“噪声污染与防治”和“振动污染与防治”两个章节的教学内容，我们选择了清华大学出版社出版发行的《噪声污染控制工程》作为教参，增强学生对于噪声和振动污染防治的理解。此外，在国家实施注册环保工程师的大背景下，我们在教学环节依据勘察设计环保工程师资格考试专业的基本要求，亦将《注册环保工程师专业考试应试指导丛书：物理污染控制工程技术与实践》作为教参之一。
3.教学手段的选择。
（1）多媒体教学。多媒体教学是现代化教学过程中采取较多的一种教学手段和方法[4，5]。多媒体教学过程中引入PPT软件、网络资源和社会实践等多种素材，使教学内容更为充实，激发了学生的学生兴趣，从而提高了学生对课程内容的理解和掌握程度。例如，介绍噪声污染及噪声污染控制的相关知识时，利用网络上的噪声污染及其控制等视频和声频资料，以及采用业余时间拍摄建筑施工噪声、交通噪声污染等视频和课程实习过程中拍摄工业噪声污染防治、交通噪声污染防治等视频，使抽象难懂的理论直观化和具体化，提高多媒体教学的生动性，便于学生的理解记忆。
（2）案例教学。“物理性污染控制”是一门理论性和实践性很强的专业课，课程教学过程中若局限于理论讲授，则不利于教学活动的开展以及学生对知识的掌握。将案例教学方法引入课程教学环节，将抽象化的理论内容和枯燥的设计计算公式与工程实例相接合，改变抽象难懂的知识点为浅显易懂的知识，利于学生更好地掌握课程内容，从而取得良好的教学效果。目前课程教学中采用的案例包括吸声降噪应用实例、隔声降噪应用实例、消声降噪应用实例、隔振应用实例等。通过案例教学发现，学生对知识点特别是难懂知识点的理解和掌握程度得到了较大程度的提升。
（3）课外辅导与答疑。课程的课外辅导和答疑是课堂教学的补充和延伸[6]，亦是一种成效较好的教学方法。新知识的掌握需要大量的练习才能得以实现，而在这个过程中学生很有可能会遇到理解困难的知识点，若没有得到及时的辅导，就可能会出现“拿来主义”的情况。所以在课外答疑辅导环节，我们开展的工作包括如下三个方面：①课程材料的。学期初我们会将有关课程的材料，包括教学大纲、教学日历、课件、课程作业、课程设计和实验等信息在网络教学综合平台上进行公布，与学生共享，选课学生可根据需求下载相关教学材料。②答疑辅导。开课期间组织定期和不定期的答疑辅导，定期答疑辅导时间利用学生的课余时间，不定期答疑辅导多利用课间休息时间进行。辅导的内容不仅包括疑难问题，更将学习方法的指导作为答疑辅导的重点。同时在答疑辅导时可以得到学生对教学情况的反馈，这有助于教学方法的改进和调整。③网络资源的利用。课程教学过程中，我们还利用微信平台和QQ平台等方便快捷的网络平台搭建课后答疑辅导平台，学生可直接通过微信和QQ参加课程讨论和查阅相关问题及解答，从而提高学生的学习效率。
4.教学实践的选择。教学实践教学是高等学校教育教学环节中的一个重要组成[7，8]。“物理性污染控制”与工程实践紧密相连，理论教学不足以提升学生对工程实践活动的认识和体会，因此有针对性地开展教学实践活动是非常有必要的。教学实践环节包括实验室实验、课程设计和实习等环节。前文已经提及，我校“物理性污染控制”课程实践目前主要以课程设计为主，设计任务基本上是依据教材拟定的题目，与实际案例的联系程度较低，而实验室实验和实习两个实践环节尚没有很好地开展。因此，根据“物理性污染控制”课程特点，拟在充实“物理性污染控制”课程设计体系建设的基础上，增加2～4学时的实验室实验课程。实验内容设定为：①吸声材料（结构）吸声系数的测定，以多种材料（结构）作为研究对象，探讨吸声材料（结构）与吸声系数之间的关系；②隔声墙隔声效果评估实验，探讨单层匀质墙和双层墙的隔声效果，特别是空气层对隔声效果的影响。在后期实验仪器设备购置计划顺利完成的前提下，我们将不断的增加和完善相关实验项目，增设一些综合性和探索性的实验项目，培养学生独立实验和分析解决问题的能力，提高学生的创新性意识。
5.习题库的编制与应用。为了增强学生对“物理性污染控制”课程知识点的掌握，提高他们对所学内容的灵活应用能力，我们通常会根据知识点布置相应的课程作业，而作业内容则通常采用教材中的课后习题。课后习题的设置采用的题型主要为简答题和计算题，这不利于学生对课程基本理论知识的理解。因此，本课程以课程教材为主要依据，参照《注册环保工程师专业考试应试指导丛书》，编制了“物理性污染控制”习题库。习题库设置了单选题、多选题和案例分析题。单选题和多选题主要以课程基本理论知识为主，包括基本概念、理论和理论计算等知识；案例分析题则主要以解决实际设计和工程问题为主。习题库在学期初发给学生，学生根据课堂理论讲解，有针对性选做相应的习题。针对学生疑问较多的习题，展开课堂讨论和讲评，一方面可以提高学生上课的积极性和参与性，另一方面增强学生对难点的理解。
三、实践效果分析
考试不仅可以检验学生对课程知识的掌握程度，而且对整个教学活动具有导向、评价和反馈等积极作用，还对提升教学质量和实现教学目标具有重要意义[9]。因此，我们对近三年学生的考试成绩进行了分析，结果见表1。由表1可以看出，2010～2012级的学业优良率分别为57%、59%和67%，而不及格率则由4%降低为0，这可以说明学生对课程知识的掌握程度不断提高。
四、结论
“物理性污染控制”是环境工程专业主修课程，为增强学生对知识点的掌握程度和应用能力，我们对该课程的教学方式改革和实践进行了一定的探索，并在课程教学过程中不断得以完善。实践表明，教学改革不仅提高了教学质量和教学效果，更重要的是拓展了学生的知识面，打牢了学生的专业基础，取得了教学相长的效果。
参考文献：
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[5]张雪乔.“物理性污染控制工程”课程教学改革和探索[J].中国电力教育，2014，（5）：138-139.
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篇6
[关键词]智能化 断路器 探讨
随着电力系统越来越高的可靠性及自动化要求，无论是发电、输电、配电还是用电，都提出了监测、控制、保护等方面的自动化和智能化的要求。断路器作为电力系统中最重要的控制元件，它的自动化和智能化是电器设备智能化的基础。断路器的智能化不是通常所想的，使用计算机就达到了智能化。它必须尽可能地应用电弧自身的能量，实现运行状态的自诊断，操动机构的可控操动，并且配置最新传感器技术，微电子技术和信息传输技术，智能化的概念才比较完整。
一般来说，智能化电器设备除满足常规电器设备的原有功能外，其功能主要表现为:
1、应具有灵敏准确地获取周围大量信息的感知功能;
2、应具有对获取信息的处理能力;
3、 应具有对处理结果的思维判断能力，对处理结果的再生信息的实施及有效操作的实施功能。
图1 断路器智能化工作框图
图1概要说明了一种兼有计算机系统和传感装置的智能化断路器工作原理。主要的传感器可探明气体密度，通过监控其运动和能量变化，反映操作机构状态。气体密度传感器发出的信号能够实现连续的状态监测，确定趋势走向以及检测极限值，并能在此基础上实现常规的SF6气体的锁定和报警功能。同样，在运动传感器和能量传感器的帮助下，操作机构的状态可实现监控。另外，这些传感器的信号可同时用于常规的位置指示和电动机控制功能上。
如果需要，还可在基本系统中增加传感器。根据对周围温度的测试结果，对状态变化（以及反映出的趋势信息）作出更准确的评估。对于没有串行接口至更高一级层面的系统，进行时间记录十分有助于对变化趋势的预测。附加的电流电压传感器实现断路器设备功能最优化的基础。
总的来看，可以归纳智能化断路器的操作过程为: 智能控制单元不断从电力系统中采集某些特定信息，据此来判别断路器当前的工作状态，同时处于操作的准备状态。当变电站的主控室因系统故障由继电保护装置发出分闸信号或正常操作向断路器发出操作命令后，控制单元根据一定的算法求得与断路器工作状态对应的操动机构预定的最佳状态，并驱动执行机构操动机构调整至该状态，从而实现最优操作。显然，智能控制单元是断路器智能操作实现的核心部件。
1 智能控制单元
智能控制单元是智能化断路器的灵魂，它是以微处理机为核心部件，综合应用传感技术、光电转换技术、数字控制技术、微电子技术和信息技术等多种现代技术，以完成断路器的智能操作，实现断路器的智能化。
智能控制单元的基本功能有:
1.1自动识别断路器的工作状态
断路器的工作状态的准确识别是实现智能操作的前提。对于超高压断路器而言，其任务主要有分断短路电流、负载电流、过载电流、小容性电流和小电感性电流等。
1.2自动调整断路器的操动机构
这是控制单元的核心功能。因此控制单元必须在识别断路器工作状态的基础上确定与之相对应的操动机构的调整量。
1.3记录并显示断路器的工作状态
由于断路器在大多数运行时间内是不动作的，在此期间，本单元的任务是对断路器的工作状态不断地进行监测，同时它还记录断路器每次开断情况，包括开断电流的大小、开断类型及是否发生拒分或拒合等信息。短路时还应记录短路电流的变化过程，以便于电力部门进行事故分析及断路器的维护。同时，也可通过断路器累积开断电流的大小来表示断路器触头的烧蚀情况。
1.4具有与远端主机进行通信的功能
控制单元可以根据主机的要求将断路器的开断记录及其他数据经信息传输接口上网传送至上位机，并通过上位机经信息传输网络将操作命令及保护参数、保护及重合闸方式等配置要求传送过来。
2 对断路器工作状态的监测与诊断
监测与诊断是智能化电器设备的重要环节，很难想象，智能化电器设备一旦失去了监测与诊断的技术支持，会是个什么样子。计算机技术、传感技术与微电子技术的进步，使智能化断路器的监测与诊断的要求得以实现。它要求具有以下功能:
2.1灭弧室电寿命的监测与诊断
动作次数: 记录合分次数，逾限报警;
开断电流加权累计，即统计ΣIα（α=1.5~2）值，逾限报警。
触头的电磨损主要取决于燃弧电流的大小及燃弧时间的长短。而燃弧时间，对实际使用中的断路器是难于获得的，且燃弧时间从统计和累计的角度可不必考虑。因此，人们常将注意力集中在开断电流上，研制累计开断电流记录仪。但是，累计开断电流与触头电器磨损之间并不是单值函数关系，同样的累计开断电流，如果单次开断的电流小，其磨损量要比单次开断电流大时小得多，因此，正确的方法应该是据每次开断电流的大小换算成相应的磨损量，而磨损总量应根据断路器的额定开断电流和额定开断次数来确定，而不同开断电流下的等效磨损量应由试验所得的经验曲线确定。
对于真空断路器来讲，灭弧室除了电寿命外，还有真空度的监测。大量的研究和实践证明，12kV真空断路器目前型式试验的短路开断次数有的已做到了50次，在开断50次以后，触头的烧损厚度仅为0.6mm左右，烧损甚微; 而真空灭弧室产品允许触头烧损厚度为3mm，说明真空断路器在开断方面的余量很大，更何况在实际运行中，短路开断的次数是不会很多的。相应之下，真空断路器灭弧室的真空度下降的机率却要高得多，从1999年的统计资料看，全国真空断路器共发生45次事故，其中因灭弧室真空度下降造成的就有9次，由此可见，对真空断路器来讲，灭弧室真空度的监测是很重要的。
2.2断路器机械故障的监测与诊断
根据多年的大量统计资料表明，事故的70%~80%出在高压断路器的操动机构和控制回路。断路器的机械部分比较复杂，且长期不动作，比目前已经较为成熟的旋转机械的监测技术更为困难，常需要采用多种技术综合判断，主要有以下几项:
(1)合分线圈电流波形监测，非正常报警;
(2)合分线圈回路断路监测，断路报警;
(3)监测行程，过限报警;
(4)监测合分速度，过限报警;
(5)机械振动，非正常报警;
(6)液压机构打压次数、打压时间、压力;
(7)弹簧机构弹簧压缩状态，传动机构和锁扣部分的工作状态，电动机工作时间;
(8)永磁机构: 线圈状况、磁性的稳定状况和弹簧的压缩状态等;
(9)关键部分的机械振动信号。高压断路器合分动作的机械振动波形十分复杂，通常包含着多个子波，看起来杂乱无章的波形实际上是多个子波的混叠，每个子波代表一个振动事件。分析振动波形，把各子波分离出来，可以得到事件的个数及各事件发生的时间和事件的强度，可以获取断路器操作过程机械部分的多个信息。对波形分析的方法很多，如小波分析、形状比较、统计过程处理等等。测量所用的加速度传感器应据所监测的目标（电磁振动、部件振动、操作振动、微粒跳动等等）的不同而合理选择。振动传感器的安装位置也应精心布置;
(10)合、分闸线圈电流和电压波形的检测。线圈电流波形中包含着许多操作系统的信息，如线圈是否接通，铁芯是否卡涩，脱扣是否有障碍等等;
(11)合、分闸机械特性: 速度、过冲、弹跳、撞击等，这些信息也可从振动波形中有所反映;
(12)控制回路通断状态监测。这对因辅助开关不到位或接触不良造成的拒分、拒合故障有很好的监视作用;
(13)操作机构储能完成状况。
判断上述所监测信号是否正常的一个基本出发点就是将其与正常状态下的情况作比较。正常状态是在某一范围内，只有通过具体条件由试验和统计处理确定。通常是将一次操作的几个波在时域、频域、幅度上作横向比较，与前几次的操作作纵向比较以得出诊断结论。
2.3绝缘状态的监测
气体断路器气体压力，越限报警，闭锁;
图2 电力设备故障诊断的分层结构
监测局部放电，用以预报绝缘事故，智能技术是把对信息的获取和加工推理，从代数的简单数值计算，发展为模拟人脑对不确定性的辨别、思考、预测、优化和决策。将智能技术引入到基于在线监测数据的绝缘诊断系统，将诊断机制分为四个层次，依次为在线数据的预处理、征兆集的提取、故障类型的确定以及决策，如图2所示。
研究表明，由于在线监测具有数据量大、影响因素复杂的特点，智能技术特别适合绝缘在线诊断。
在线数据的预处理阶段，采用有关方法剔除虚假点，并通过分析在线数据与环境因素的相关性，利用三次拟合曲线削弱环境对测量数据的影响。在征兆集的提取阶段，由于考虑到数据的动态特性和随机误差的影响，将待检数据与模型的残差作为故障的征兆之一，采用了相对比较法的时序分析法。研究证明这些方法是有效的。
对绝缘诊断的后两个层次，即故障类型和决策层方面，尚需积累更多的在线监测数据，以及对故障种类的模式、严重程度的在线数据特征进行深入的研究，专家知识的积累和诊断方法的完善也将是一个长期的过程。
2.4载流导体及接触部位温度的监测
载流导体和母线联接处，接头处等接触部位的接触受振动力矩的作用而发生变化。导致接触电阻增加，接触部位的温度增加，故需要对这些部位的温度进行监测。
这通常是利用红外光的幅射强度或将感温元件装在导体上，转换成信号传到低电位再还原成温度信号，其难点是高电位导体上低压工作电源的获得方法，也有利用受热发声器件将异常过热信息传到低电位接受装置的。近来，有直接在低电位处将红外光照到载流导体上就能从发射方获取被测体温度的非接触方法。还有利用光微薄硅温度传感器的无源测量方法如图3所示。
图3 光微薄硅温度传感器的温度探头原理图
图3是采用对温度敏感的Fabry-perot槽研制出的一种温度探头，Fabry-perot槽温度探头原理图如图3所示。装置由一薄硅片构成，在它中段的顶部和底部蚀刻出矩形槽，然后在薄硅片顶粘贴上一层玻璃，该玻璃的热膨胀系数与硅片的热膨胀系数不同。当该处温度变化时，因2种材料不同的热膨胀系数，在其内部产生内应力，内应力改变槽的深度。用光纤将多色光送入Fabry-perot槽，反射出的调制光也经光纤送出，调制的输出信号是用光学干涉测量方法测量的。
由Fabry-perot槽构成的光纤传感系统其组成元件耐腐蚀、小巧、测量灵敏度高，而且不受电磁干扰影响，在智能化高压电器的温度在线监测方面有广阔的市场。
2.5监测诊断系统的总体框图
一个智能化的断路器设备或断路器设备的智能监测与诊断系统其总体方框图大致如图4。信号传输部分若是扁平电缆，则距离甚短，多为并行数据信号; 若距离较长多为串行信号，仅需两根电缆，且信号获取单元可有多个，每增一个仅多一地址编码。由于对异常程度及故障部位的诊断难度较大，计算机决策有时比较困难，很多装置还借助于人脑对信息作综合分析，以便作出最后决断，计算机只对那些确认无疑的越限值给出告警信号。
图4 诊断系统总体框图
传感器要获取的信号并不只局限于前面叙述的那些，一个智能程度较高的断路器除电气、机械、绝缘各方面的劣化或变异需自行监测外，诸如气体密封状态、真空灭弧室的真空度、液压机构的液压、组合电器中避雷器的特性劣化等也应有相应的自检措施。
3 断路器的智能操作
断路器的智能操作是智能化断路器最典型的应用，它是将智能化技术引入到断路器的电气性能中去，它使断路器能更好地完成开断任务和提高开断的可靠性，提高断路器的综合技术性能，无论是生产运行还是对研究制造都具有十分重要的作用和价值。目前认为，它至少应包括以下两方面;
一是要求断路器的操作性能可根据电网中发出的不同工况自动选择和调整操动机构或者灭弧室合理的预定工作条件。例如: 对于自能式断路器的分断操作，小负载时触头以较低的速度分断，既可保证所需的灭弧能量又可减少机械损耗，而在接到短路信号时则以全速分断，获得电气和机械性能上的最佳开断效果。目前，此类专家系统的开发已在进行，变速操作打破了传统断路器单一分闸特性的概念，实际上是上述执行功能的智能化，是对高电压等级断路器操动机构的改造十分有益的尝试。
再是要求断路器在零电压下关合，在零电流下分断，这与断路器的同步分断与选相合闸的工况是完全一致的，同步分断可以大大提高断路器的分析能力，一台低成本的小容量开关可分断10倍以上容量的电流; 选相合闸可以避免系统的不稳定，克服容性负载的合闸涌流与过电压。在电力电子领域，近年来流行一种软开关技术，使半导体开关器件在零电压下关合，在零电流下分断，可以认为: 电子操动正是实现断路器的软开关技术的关键。目前比较迫切的应用是在:
(1) 并联电抗器操作
(2) 电容器组操作
(3) 变压器操作
(4) 输电线路操作
每一种应用对断路器和控制装置的性能提出某些要求，能从根本上解决过压问题。这对推广无功补偿、稳定电力系统意义极大。应用真空触发开关和一般电磁机构真空开关已经实现了这种选相合闸的并联电容器组的投切，进一步的工作将用有永磁机构的智能化断路器直接实现选相合闸。
永磁操动机构大大提高了机构的可控性，由原来毫秒级的机构控制时间分散性进步到微秒级的电信号控制，由机械储能、机械脱扣进步到电储能、电信号直接触发动作（电子脱扣）。真空断路器新的操动理论应包括两部分: 控制精度分析与可靠性设计，高可靠性控制电路的设计以及机构运动特性分析与优化。
断路器的同步分断与选相合闸的实现
现代传感器技术使交流零点信号的拾取变得非常可靠和方便。同样，我们也可以方便地取到交流电压或电流变化率的零点（对应正弦信号的峰值）信号。剩下的问题是控制信号在电压或电流零点以前或它们的变化率零点以后什么时刻发出。
目前同步断路器的发展还需进一步的可靠性论证和设计，它的连带意义是断路器的完全可控，其发展可能成为最典型的新概念开关电器。
20世纪90年代ABB公司推出了CAT（即具有人工智能技术的断路器，Curcuit Breaker with Artificial Interiligence Technology）:CAT是专为ELF型SF6断路器（敝开式）和ELK型封闭式组合电器（GIS）而开发和试验的，见图5。
CAT为一模块式电子，它由三个独立的分相模块所组成，可使断路器在最佳投切时刻进行每相的独立操作。其效果为:减轻投切时的瞬时过电压;减轻电流对设备的应力。
对常常要使用分合闸电阻的高压断路器来说，CAT是一种可供选择的可靠技术替代方案。CAT安装在断路器的控制回路中，具有处理来自电压或电流互感器输入的信息的功能，并在最佳操作条件的时刻发出断路器操作脉冲。例如: 视电网参数不同而异，CAT能有效地将电容器组投入时的冲击电流减低到其原有值的30%。对于有并联补偿线路的自动重合闸，即使对长线路而言，操作过电压值也能保持在2倍（标么值）以下，在切除并联电抗器的情况下，CAT能消除在断路器内有害的电弧重燃，因而防止了电抗器绝缘的劣化。
图5 CAT接线示意图
可以看出，CAT在一起程度上实现了对断路器的受控操作，具有智能操作的一些特点。
实际上，国外十几年前已开始相当普遍地实际应用相位控制高压断路器技术，下表简要说明相位控制高压断路器的作用。
工 况 适用目的 动作准确度* 最佳开合时刻 优 点 空载变压器投入 关合涌流抑制 电压变动抑制 ±2ms 中性点接地: 各相电压峰值 中性点不接地: 首相电压峰值，后二相相间电压峰值 不需合闸电阻，防止继电器误动，提高电压稳定性 电抗器投入 过电压抑制
（2P.u.以下） ±2ms
同上
延长断路器检修周期 电容器投入 过电压抑制 合闸涌流抑制 ±1.5ms 中怀点接地:
各断口间电压为零
中性点不接地:
首二相相间电压为零第三相极间电压为零 延长断路器检修周期 不用串联电抗器 空载线路投入 过电压抑制
(1.3-1.7p.u.)
±1.5-2.0ms 不用合闸电阻或电路避雷器，电压稳定性提高 快速自动重合闸 过电压抑制 同电容器投入 电抗器开断 防止复燃 燃弧时间:
0.5周波以下 降低设备绝缘水平 电容器开断 防止复燃及重击穿 燃弧时间:
0.5周波以下 降低成本设备绝缘水平 *±30以内
4 智能型高压电器有关问题的探讨
断路器智能技术不仅是概念上的转变和理论上的发展，而且是在众多领域中技术上的突破，它的实现必然会应用一些新技术、新材料、新工艺，不断提高产品的档次和技术含量，但是在这个过程中，核心的问题是信息的采样传输与控制系统，这些领域中，有的技术相对成熟，有的尚处于开发研制与试运行阶段，需要一个不断总结提高和完善的阶段，具体有下列方面:
4.1 关键技术
4.1.1 传感技术。局部放电、高压导体测温、高压侧电流和电压的测量技术，特别是目前正在开发研制的光电流、电压传感技术等难度较大的传感技术;
4.1.2 微机技术。开发出成功的智能化软件是微机技术的关键。而软件系统中，主程序则是核心程序。
主程序首先完成单片机和外围接口芯片的初始化; 之后，主程序不断检测并显示断路器的工作状态，随时准备应上位机的要求与之通信，传递有关的控制和状态信息。
4.1.3 抗电磁干扰技术
研究表明，系统中常态噪声是工频50Hz及其高次谐波，一次回路中发生的任何形式的暂态过程（如各种过电压和各种短路故障）以及载波通讯信号，都会通过不同的途径耦合到二次系统。此外，高电场引起的电晕及污闪也要产生电磁辐射，二次控制回路的开关电源由于其浪涌噪声也会对电量传输带来扰动。大功率电磁铁动作时引起空间磁场的变化，还会在附近的导电回路中感应出电流，对操动机构中的控制电路带来考验。解决电磁兼容问题就要针对各干扰源，严格屏蔽、隔离与接地措施，信号的数字化传输可以大大缓解干扰的影响程度，引入光电转换不但可以进行电气隔离，还可以保证信号传输过程不受电磁场的干扰。
由于智能化断路器的信号传输与控制系统的工作电压和信号传递电平低，耐压水平低，外界电磁场干扰很容易使其失效或损坏，而这种情况对于传统电器调和的影响是不大的。因此，电磁兼容是断路器智能化的新课题。
4.1.4 信号处理技术。对有些技术来说，获得监测信号只是第一步，必须进行故障诊断才能作出判断、决策。如局部放电监测所得复杂信号需要进行故障诊断才能实现故障分类、故障定位、预期寿命估计等; 用机械振动法监测断路器机械状态也需对获取信号作处理才能正确辨识; 目前对于断路器电弧状态的研究，也是从电弧电压入手，通过软件的处理实现对电弧状态的诊断。
4.2寿命问题
一般来说，电子设备的使用寿命远低于高压电器设备本身的寿命，这是一个矛盾。解决的办法有:
4.2.1提高电子设备的可靠性，这可以从设计、制造及适当改善运行条件几方面着手;
4.2.2应有自检功能;
4.2.3采用综合判断;
4.2.4对于相同功能的部件，采用模块化设计，以降低成本增加备用量，达到总体上提高电子设备的可靠性。
4.3经济问题
当前在计算机等设备不断降价的情况下，监测设备价格也不断降低。这种趋势还会继续下去。但无论如何，仍要相当经费。如日本三菱公司在’97国际电力设备及技术展览会上显示的GIS监测设备包括局部放电等约10项内容的装置，价格不超过GIS本身的1/10。这比几年前听到的1/3要便宜不少。如采用国产设备还会便宜得多。
国外也十分关心监测技术的经济问题，并作出了不少经济分析。如有用下列公式作为采用监测设备的条件:
C式中: C——监测装置每年平均投资
B——采用监测装置后，因减少维修次数而每年平均
节约的维修经费
D——采用监测装置后，因减少一次事故而每个平均
节约的维修费
E——年事故率
在不考虑D·E一项时，监测设备的合理投资为高压开关设备投资1%-2.7%，后者指频繁操作的高压开关。以上当然未考虑因出现事故所造成的各种间接经济损失。非经济损失更难于计算。
美国纽约电管局和加拿大魁北克水电局自1993年装置MONITEC监测系统到1996年因监测出包括机构卡滞、动作不到位和轴销断裂等5次重大事故征兆，保证了供电可靠性，估计节约经费超过100万美元，降低了成本，提高了市场竞争力。
目前，对高压断路器智能化经济问题的考虑，总是偏重对智能化需要而购置的设备的价格；其次，再包括减少维修次数节约的经费和减少一次事故所节约的费用。按理说，这是很不够的。比如，由于实现了断路器的受控操作，断路器的开断容量可以减少，是否能选择开断容量小一些的断路器？操作过电压的倍数下降了，设备的绝缘水平能否下降？再者，由于智能化断路器科技含量高、技术先进、可靠性高而受到用户的青睐，在竞争中中标而获利，这些潜在的经济效益能不能考虑。总的来看，无论是研究开发机构、制造厂商还是使用单位，把目标瞄准智能化断路器不失为明智之举。
5 智能化断路器的现状
近年来已有很多智能化断路器面市，高压领域典型的有东芝公司的C-GIS和ABB公司的EXK型智能化GIS，它们的特点都是采用先进的传感器技术和微计算机处理技术，使整个组合电器的在线监测与二次系统在一个计算机控制平台上。在中压领域较典型的有九十年代初的富士公司的智能式真空断路器及ABB公司近年来推出的VM1型真空断路器。前者包括三种功能: 自动保护功能、早期维护功能和信息传递功能。其中保护功能指标断路器本体可对过电流和短路故障进行检测与判断并发出指令，使断路器可靠分闸; 早期维护功能指断路器在真空度降低、电接触部位温升异常以及脱扣线圈断线时均能发出报警，提示操作人员把断路器退出运行进行维修; 信息传递功能则指除正常外加入的控制信号外断路器状态的信号输出。
VM1型真空开关是ABB公司的最新产品，除了新颖的一体化绝缘结构，最显著的特色是采用了除永磁操动机构外，就是它的二次控制无触点化和采用新型传感器。开关的位置传感器和辅助接点均为无触点的临近开关或光开关，新型号电量传感器信号可以直接变换成数字信号，取代了传统的电磁式电压和电流互感器。
当前，世界上先进的工业国家都看好在电力系统中高压领域智能化高压电器的发展前景和潜在的效益，加大了研究的投入和开发的力度，比较典型的有ABB公司推出的CAT，具有人工智能技术的断路器，如前面所讨论的，在一定程度上实现了对断路器的受控操作; ABB公司推出的光电式电流传感器和电压传感器在高压领域中替代了传统的电磁式电流互感器和电压互感器，解决了智能化高压电器设备中传感技术的难题。目前，已经大量应用的信号数字化传输技术大大缓解了信号传播中干扰的影响程度等，这些高新技术的应用都为智能化断路器技术的发展创造了良好的条件。
断路器智能化是一项更新换代的工作，它涉及到很多领域的技术进步和创新发展，如传感技术、微电子技术、计算机技术、信息技术以及断路器本身及操动机构等方面，需要更多的投入和开发。但是，可以展望，随着智能化进程上的难题一个一个地被破解，性能优越的智能化断路器终将会在不久的将来登堂入室，为人们所熟悉和喜爱。
参考文献
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