電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的電磁兼容問題分析

張東寅

廣東省電力技術(shù)改進(jìn)公司，廣東廣州 510160

1 電力設(shè)備中電磁兼容主要電磁干擾方式

電力設(shè)備的電磁兼容的形成，主要是由于各行各業(yè)電力設(shè)備的增加，周圍環(huán)境中無線通信設(shè)備、電動設(shè)備、高頻設(shè)備的大量使用，設(shè)備相互之間形成的電磁干擾不斷加劇導(dǎo)致的。

1.1 雷擊干擾

當(dāng)雷電擊中電網(wǎng)中的變電站后，大電流將經(jīng)接地點(diǎn)泄入地網(wǎng)，使接地點(diǎn)電位大大升高，若二次回路接地點(diǎn)靠近雷擊大電流的入地點(diǎn)，則二次回路接地點(diǎn)電位將隨之升高，會在二次同路中形成共模干擾，引起過電壓，嚴(yán)重時會造成二次設(shè)備絕緣擊穿。

1.2 二次回路自身的干擾

二次回路自身的干擾主要是通過電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的。變電站或發(fā)電廠的綜合電力設(shè)備的數(shù)字集成電路裝置，很多是采用單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。由于該系統(tǒng)中的印刷電路板(PCB)上的器件均是由直流電源供電，而直流回路中有許多大電感線圈，在進(jìn)行開關(guān)操作時，線圈兩端將出現(xiàn)過電壓，它會感應(yīng)出不利于二次設(shè)備正常工作的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，對PCB上的器件造成干擾，從而干擾單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作。

由于電力系統(tǒng)是由大量的一次設(shè)備和二次設(shè)備組成的，應(yīng)用于這樣一個復(fù)雜系統(tǒng)的微機(jī)型產(chǎn)品，其電磁干擾來源也是非常復(fù)雜的，其主要來源有：高壓開關(guān)操作；雷電；短路故障；電暈放電；高電壓、大電流的電纜和設(shè)備向周圍輻射電磁波；高頻載波、對講機(jī)等輻射干擾源；附近的電臺、通信等產(chǎn)生的電磁干擾；靜電放電等。

因此，提高產(chǎn)品的電磁兼容性，應(yīng)在產(chǎn)品的設(shè)計階段就要認(rèn)真考慮電磁兼容問題。

2 電力系統(tǒng)中各端口的電磁兼容的設(shè)計要求

2.1 外殼端囗的電磁兼容要求

1）電磁發(fā)射限值。規(guī)定了頻率為30MHz～230MHz和230MHz～1 000MHz兩個頻率范圍的輻射發(fā)射限值;

2）抗擾度試驗(yàn)。規(guī)定了射頻電磁場輻射抗擾度和靜電放電抗擾度試驗(yàn)的試驗(yàn)等級。

2.2 輔助電源端口的電磁兼容要求

1）電磁發(fā)射限值。規(guī)定了頻率為0.15MHz～0.5MHz、0.5MHz～5MHz和5MHz～30Mhz三個頻率范圍內(nèi)的傳導(dǎo)發(fā)射限值；

2）抗擾度試驗(yàn)。規(guī)定了射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、1MHz（100kHz）脈沖群抗擾度、浪涌抗擾度、直流輔助激勵量中斷抗擾度試驗(yàn)的試驗(yàn)等級。

2.3 通信端口的抗擾度試驗(yàn)

規(guī)定了射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度、電快速瞬變/脈沖群抗擾度、1MHz（100kHz）脈沖群抗擾度、浪涌抗擾度試驗(yàn)的試驗(yàn)等級。

2.4 輸入和輸出端口的抗擾度試驗(yàn)

規(guī)定了射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、1MHz（100kHz）脈沖群抗擾度、浪涌（沖擊）抗擾度、電網(wǎng)頻率抗擾度試驗(yàn)的試驗(yàn)等級。

2.5 功能接地端口抗擾度試驗(yàn)

規(guī)定了射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度、電快速瞬變/脈沖群抗擾度試驗(yàn)的試驗(yàn)等級。

各端口的試驗(yàn)電壓和耦合網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，見表1。

表1 各端口的試驗(yàn)電壓及電源阻抗

（試驗(yàn)發(fā)生器產(chǎn)生浪涌信號為：在開路情況下，試驗(yàn)電壓波形應(yīng)為1.2/50，在短路情況下，試驗(yàn)電流波形應(yīng)為8/20。試驗(yàn)設(shè)備(包括浪涌發(fā)生器和耦合/去耦網(wǎng)絡(luò))應(yīng)符合IEC61000-4-5的規(guī)定。）

3 抑制電磁干擾的措施

在任何系統(tǒng)中，形成EMC必須具備3個基本條件(稱電磁干擾三要素)：存在干擾源、有對干擾源敏感的接收單元、有把能量從干擾源耦合到接受單元上的通道。根據(jù)電磁干擾的類型和特點(diǎn)，一般采取屏蔽、濾波和接地方法抑制電磁干擾。

3.1 屏蔽

屏蔽可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽3種，一般采取電磁屏蔽的方法來防止交變電磁場產(chǎn)生的干擾。屏蔽有兩個目的：1）限制設(shè)備內(nèi)輻射的電磁能量泄露到外部；2）防止外來的輻射干擾進(jìn)入設(shè)備，干擾設(shè)備的正常工作。

3.2 濾波

濾波技術(shù)是濾除電源干擾的有效措施。

一般來講，電源污染形成的干擾最為常見。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，開關(guān)電源的應(yīng)用日益普及。為此，從消除開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾角度看，還應(yīng)考慮采用EMI濾波器。EMI濾波器的設(shè)計與傳統(tǒng)濾波器不同，除了要對電磁干擾的高頻帶給以盡可能的衰減外，還要求在截止頻率下，盡量使電源、負(fù)載阻抗和濾波器相應(yīng)元件阻抗接近，并遵循兩條基本原則：1）濾波器的串聯(lián)電感要接到低阻抗電源或低阻抗負(fù)載；2）濾波器的并聯(lián)電容要接到高阻抗電源或高阻抗負(fù)載。這樣才能提高EMI濾波器的實(shí)際應(yīng)用效果。濾波器的正確安裝方式也很重要，如在線路板上安裝，電磁干擾直接進(jìn)入濾波器，就會降低濾波效果，所以濾波器必須屏蔽。

3.3 接地

正確的接地可以有效地抑制干擾信號對其它設(shè)備的影響。接地、濾波和屏蔽3種基本方法都可以增強(qiáng)電磁設(shè)備的電磁兼容性，既可以單獨(dú)采用實(shí)施，也可以相互補(bǔ)充采用。從對總體的作用考慮，良好的接地可以降低干擾頻率的能量；屏蔽能夠隔離電磁輻射耦合的途徑，降低輻射的能量；而濾波則可以對通過電源傳導(dǎo)的干擾能量進(jìn)行衰減。

4 結(jié)論

隨著電力系統(tǒng)自動化設(shè)備的廣泛應(yīng)用和技術(shù)的進(jìn)步，電磁兼容問題越來越突出，推廣現(xiàn)有的、成熟的電磁兼容技術(shù)，建立完善的試驗(yàn)、測試制度和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，研究電磁兼容新問題、新方向是電力系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的當(dāng)務(wù)之急。在自動化工程設(shè)計及應(yīng)用中，只要充分考慮設(shè)備的電磁兼容性，并通過各種技術(shù)措施和管理辦法就可以消除電磁干擾，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

[1]IEC60255－22－3：2000電氣繼電器第22-3部分量度繼電器和保護(hù)裝置的騷擾試驗(yàn)輻射電磁場騷擾試.

[2]趙端楷.電力設(shè)備電磁兼容問題研究.21IC中國電子網(wǎng).

[3]韓天行，梁志成.繼電保護(hù)及自動化設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展動向.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中心.

[4]文武，賈俊，阮江軍.電力系統(tǒng)電磁兼容問題綜述[J].長沙電力學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2003(3).