智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)抗電磁干擾的措施

張波

（1.華東交通大學(xué)，江西 南昌 330013；2.洛陽(yáng)鐵路信息工程學(xué)校，河南 洛陽(yáng) 471000）

智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)抗電磁干擾的措施

張波

（1.華東交通大學(xué)，江西 南昌 330013；2.洛陽(yáng)鐵路信息工程學(xué)校，河南 洛陽(yáng) 471000）

智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)良好的電磁兼容性能，對(duì)保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行有著十分重要的意義。解決其電磁兼容的途徑，主要側(cè)重于提高抗電磁干擾的能力。

綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；電磁干擾；措施

變電站一次回路的任何暫態(tài)過(guò)程都會(huì)通過(guò)不同的耦合途徑傳入二次回路形成電磁干擾，二次回路中的設(shè)備主要包括繼電保護(hù)、控制、信號(hào)、通信和監(jiān)測(cè)等儀器儀表，它們都屬于弱電裝置，耐壓能力與抗干擾能力較弱，二次回路本身也會(huì)產(chǎn)生干擾。在強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾下，自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)容易造成系統(tǒng)工作不正常，EMC的問(wèn)題更為突出。

1 電磁干擾源及傳播途徑

1.1 電磁干擾的主要來(lái)源

1.1.1 高壓斷路器和隔離開(kāi)關(guān)操作。開(kāi)關(guān)操作時(shí)產(chǎn)生瞬變電磁脈沖，母線出現(xiàn)頻率極高的快速暫態(tài)過(guò)電壓，并以暫態(tài)電磁波形式向周圍空間輻射能量。儲(chǔ)能元件斷路器在開(kāi)關(guān)操作使其狀態(tài)改變時(shí)，產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)電壓會(huì)通過(guò)母線上的設(shè)備耦合至低壓回路。

1.1.2 雷電。雷電直擊或者感應(yīng)于地面、變電站建筑物時(shí)，強(qiáng)大的瞬間電壓會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的電磁脈沖，其感應(yīng)會(huì)通過(guò)電源、接地網(wǎng)、一次設(shè)備的二次線回路串入信號(hào)回路，或者直接作用于通信回路，燒損測(cè)控保護(hù)設(shè)備。

1.1.3 系統(tǒng)短路或接地故障。系統(tǒng)短路時(shí)，大電流導(dǎo)入接地網(wǎng)，因地網(wǎng)電位升高產(chǎn)生共模干擾電壓。另外，系統(tǒng)裝置本身沒(méi)有接地，或者采用了不正確的接地方法，也會(huì)產(chǎn)生電位差干擾。例如通信電纜的屏蔽層采用了兩端接地的方式，當(dāng)?shù)仉娢徊黄胶鈺r(shí)屏蔽層出現(xiàn)電壓差，干擾正常通信。

1.1.4 運(yùn)行中的電力設(shè)備。變電站載流線路或母線及低壓電纜在數(shù)字設(shè)備周圍都會(huì)產(chǎn)生工頻磁場(chǎng)與諧波磁場(chǎng)，成為頻譜極寬的干擾源。

1.1.5 輻射電磁場(chǎng)干擾。工作步話機(jī)也是輻射干擾源。同時(shí)變電站附近的無(wú)線電臺(tái)、廣播電視信號(hào)發(fā)射器、通訊基站等各種電磁輻射源，也會(huì)產(chǎn)生高頻電磁干擾。

1.1.6 系統(tǒng)內(nèi)部干擾。因系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、器件選用、生產(chǎn)工藝或布線等因素產(chǎn)生的不同信號(hào)感應(yīng)，交流噪聲、多點(diǎn)接地引起的電位差以及長(zhǎng)線傳輸引起的波的反射等干擾。例如遙信采集回路的電源不穩(wěn)，光耦合器件會(huì)在導(dǎo)通與閉合中頻繁切換，誤報(bào)信號(hào)。

1.2 電磁干擾傳播的途徑

干擾源的能量一種是通過(guò)空間以電磁波輻射形式進(jìn)入變電站的一次系統(tǒng)和二次回路，另一種是通過(guò)干擾源與被干擾設(shè)備之間的導(dǎo)體（包括阻抗）進(jìn)行傳播。電磁干擾能量以電壓或電流的形式通過(guò)電場(chǎng)耦合、磁場(chǎng)耦合、共阻抗耦合和輻射耦合等途徑進(jìn)入自動(dòng)化系統(tǒng)。

2 電磁干擾可能造成的后果

電磁干擾具有頻率高、幅度大、前沿陡的特點(diǎn)，它們通過(guò)各種分布電容、電感耦合侵入變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)，對(duì)電源回路、模擬量輸入通道、開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道及CPU和數(shù)字電路都可能引起局部或整體工作不正常，造成以下后果：

2.1 輸入至IED的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)位置抖動(dòng)和分、合位置判斷錯(cuò)誤。

2.2 采樣數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，可能引起誤動(dòng)，甚至損壞元器件。

2.3 中央處理器接收錯(cuò)誤指令或操作碼而停止工作或進(jìn)入死循環(huán)。

2.4 EPROM受干擾而程序或定值遭破壞導(dǎo)致相應(yīng)自動(dòng)裝置無(wú)法工作。因此，采取合理的抗干擾措施是非常必要的。

3 抗電磁干擾的措施

依照電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行變電站設(shè)計(jì)和施工能有效預(yù)防電磁干擾。但電磁環(huán)境是千變?nèi)f化的，要真正達(dá)到經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上的電磁兼容，保證一、二次設(shè)備運(yùn)行的可靠性，必須根據(jù)具體情況，靈活運(yùn)用各種技術(shù)和措施。

3.1 屏蔽措施

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的機(jī)柜或機(jī)箱殼體采用金屬材質(zhì)，通過(guò)反射和吸收方式降低IED和外部電磁輻射能量，機(jī)柜或機(jī)箱面板與電連接器安裝縫隙采用電磁屏蔽措施，且要良好接地；一次設(shè)備與系統(tǒng)連接采用帶有金屬屏蔽層的控制電纜，且電纜屏蔽層兩端接地，這對(duì)削弱電場(chǎng)耦合和磁耦合有顯著作用；增加控制電纜與高壓母線和高頻暫態(tài)電流的入地點(diǎn)距離來(lái)減少?gòu)?qiáng)電回路的電磁耦合和感應(yīng)耦合。

3.2 隔離措施

采取良好的隔離和接地措施，可以減小干擾傳導(dǎo)侵入。交流模擬量經(jīng)過(guò)系統(tǒng)輸入回路中的小電壓互感器和小電流互感器隔離，且隔離變壓器一、二次之間設(shè)有屏蔽層并安全接地；開(kāi)關(guān)量的輸入、輸出采用光電耦合器或繼電器隔離，提高抗干擾能力和消除開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)的抖動(dòng)以達(dá)到更好效果；另外，二次回路布線時(shí)也要采取隔離，防止或減少干擾通過(guò)互感耦合進(jìn)入。

3.3 濾波措施

采用濾波的方法是抑制自動(dòng)化系統(tǒng)中傳導(dǎo)干擾的手段之一，通過(guò)分析干擾源的頻譜、波形幅值等，對(duì)施加到IED的電源端口、交流電流/電壓端口、開(kāi)入/開(kāi)出端口和通信端口有針對(duì)性地選擇濾波器類型或設(shè)計(jì)濾波器電子電路。如在IED的電源端口通過(guò)加裝電源電磁兼容濾波器實(shí)現(xiàn)電磁兼容，但需要注意其殼體與IED的地接觸良好；在通信端口串接共模扼流圈或鐵氧體磁環(huán)，以防止快速脈沖騷擾的侵入。

3.4 微機(jī)電源抗干擾措施

選用在線式UPS電源向微機(jī)系統(tǒng)供電，不僅可有效地抑制電網(wǎng)低頻狀態(tài)下的干擾，還有利于保證微機(jī)的安全連續(xù)運(yùn)行；在電源的輸入側(cè)安裝變比為1：1的隔離變壓器，變壓器的輸出端直接向微機(jī)供電；在電源的輸入側(cè)設(shè)計(jì)安裝電源濾波器，可以濾去交流電源輸入的高頻干擾和電源高次諧波，并將其安裝在機(jī)柜內(nèi)，輸入與輸出端子分開(kāi)引線，接地線與機(jī)柜的保護(hù)接地相連。

4 結(jié)語(yǔ)

由于電磁環(huán)境和電磁干擾本身是錯(cuò)綜復(fù)雜的，而且工作在變電站不同的IED，它們要完成的功能、任務(wù)和所處的具體環(huán)境條件又有較大的差異，需要針對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行分析，采取合適的措施，才能保證所設(shè)計(jì)的IED既有強(qiáng)的電磁兼容性能、高的可靠性，又可節(jié)約成本，即具有高的性價(jià)比，并最終達(dá)到從整體上提高智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性的目的。

[1]黃益莊.智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)原理與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

[2]吳濱.變電站電磁干擾因素分析與處理方法[J].機(jī)電信息，2011（06）.

[3]侯德明.淺析變電站抗電磁干擾的措施[J].價(jià)值工程，2010（16）.

[4]劉少林.城市軌道交通變電所電磁干擾防護(hù)措施[J].城市軌道交通研究，2008（07）.

TM76

A

1671-0037（2014）08-87-1.5

張波（1983.6-），男，講師，工程碩士，研究方向：軌道交通電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)。