電力系統(tǒng)自動化設(shè)備的電磁兼容技術(shù)

彭江鷹

（湘西民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘西 416000）

0 引 言

在對電力系統(tǒng)供電質(zhì)量和運行安全要求越來越高的情況下，自動化設(shè)備已成為電力系統(tǒng)中必不可少的一部分，通過智能化和自動化控制系統(tǒng)的安裝，可以極大地提升電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性。但是，這一目標(biāo)的實現(xiàn)必須保障控制系統(tǒng)本身運行可靠和穩(wěn)定，因此涉及到了電磁兼容技術(shù)的應(yīng)用。

1 兼容技術(shù)的主要研究方向及其應(yīng)用原理

1.1 抑制干擾源的影響

抑制干擾源對敏感電路、元件和設(shè)備實現(xiàn)了電磁兼容，確保敏感設(shè)備穩(wěn)定運行，是電磁兼容技術(shù)的一個重要研究方向。其中，最常見的有效手段是通過設(shè)置濾波電路或組件抑制干擾源的傳播，根據(jù)干擾源的電磁特性實現(xiàn)對特定幅值電磁波的過濾攔截或者將其在濾波過程中消耗吸收，從而形成對濾波電路下游電路的有效保護[1]。

1.2 阻斷電磁干擾的傳播路徑和弱化電磁干擾

電磁兼容技術(shù)的另一個研究思路是研發(fā)和利用屏蔽材料，構(gòu)建起對電力系統(tǒng)的設(shè)備、線路或裝置的密閉保護空間，從而通過屏蔽材料吸收干擾源的磁力線，將電磁干擾隔離在空間內(nèi)部或外部。一方面阻止外部電磁干擾源對屏障內(nèi)設(shè)備和裝置的干擾，另一方面可以防止屏蔽裝置內(nèi)部的高頻率、大功率和高電壓設(shè)備的運行成為電力系統(tǒng)干擾源[2]。

1.3 優(yōu)化電子電力設(shè)備的電磁環(huán)境

通過合理布置電力系統(tǒng)中的設(shè)備和線路，能夠降低發(fā)生電磁干擾的概率，有效優(yōu)化電子電力設(shè)備的電磁環(huán)境。首先通過分析所有設(shè)備、線路和裝置的電磁干擾與電磁耐受性能特征，將易于發(fā)生相互干擾的線路和設(shè)備盡量分開，并且對重點干擾源采取電磁屏蔽措施，防止不同設(shè)備之間發(fā)生電磁耦合和感應(yīng)[3]。其次是在線路設(shè)計中需要針對脈沖功率大、高頻導(dǎo)線以及敏感線路進行屏蔽或隔離，利用電路隔離元件把敏感電路隔離和保護起來。但是，在選擇和使用隔離電氣元件時要注意避免元件本身成為新的干擾源，在滿足電磁兼容要求的前提下盡量選擇小功率的元件。

2 兼容技術(shù)在電氣系統(tǒng)自動化設(shè)備設(shè)計安裝中的應(yīng)用

電氣系統(tǒng)自動化設(shè)備中存在大量敏感電子元件和部件，需要在大電流條件下進行大量高頻信號的傳輸。因此，設(shè)備內(nèi)部各個部分之間存在復(fù)雜的電磁兼容性問題。另外，作為二次系統(tǒng)中的一部分，自動化設(shè)備受到了電力系統(tǒng)中運行的大型機電設(shè)備、電力設(shè)備以及高壓線路的電磁干擾。所以，在自動化設(shè)備的設(shè)計或安裝中，需要首先解決設(shè)備與系統(tǒng)之間電磁兼容性的問題。

2.1 自動化設(shè)備電源和頻率的設(shè)計

為保證自動化設(shè)備的電磁兼容，需要解決設(shè)備內(nèi)部微處理器的電磁兼容問題，合理選擇和設(shè)計其工作頻率。這一領(lǐng)域的研究涉及到非常復(fù)雜的諧波分離和降頻技術(shù)。此外，基于對自動化設(shè)備電源瞬時最大功率的分析計算進行電源特性設(shè)計，確保電源的工作電壓波動范圍在+10%～+15%內(nèi)，盡量降低自動化設(shè)備電源對電磁兼容性的影響。

2.2 通過試驗評估設(shè)備的電磁兼容性

在安裝使用電力系統(tǒng)自動化設(shè)備之前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)電力系統(tǒng)的電磁環(huán)境特點確定自動化設(shè)備的電磁兼容指標(biāo)，并且在專業(yè)實驗室對自動化設(shè)備進行電磁兼容性評估。試驗指標(biāo)的確定需要根據(jù)電力系統(tǒng)正常運行情況下的電磁環(huán)境確定，要避免設(shè)備安裝運行后形成對其他設(shè)備的干擾[4]。在試驗中要針對設(shè)備的電源、輸入、輸出以及接地端口設(shè)置不同的試驗指標(biāo)，通過模擬運行環(huán)境施加不同類型的電磁干擾，測試并獲取各個部分的抗干擾性能參數(shù)。電磁兼容性試驗的測試常用電磁干擾試驗類型及其干擾信號的加載標(biāo)準(zhǔn)（見表1），為設(shè)備安裝中采取必要的抗干擾措施、實現(xiàn)電磁兼容做好準(zhǔn)備。

表1 常用電磁干擾試驗的類型及其干擾信號標(biāo)準(zhǔn)

2.3 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整和接地方式的設(shè)計

在電力自動化控制系統(tǒng)的運行過程中，會進行大量高頻信號的傳輸，從而產(chǎn)生很強的電磁場。為了提高系統(tǒng)的電磁兼容性，可以在滿足信號傳輸質(zhì)量的前提下降低信號傳輸頻率。另外，通過合理的接地方案將系統(tǒng)運行產(chǎn)生的漏電流導(dǎo)入地下，也是實現(xiàn)電力系統(tǒng)電磁兼容的重要手段[5]。當(dāng)設(shè)備或系統(tǒng)的運行頻率高于10 MHz時，采用多點接地的方式才能有效預(yù)防電磁干擾。而對于最高頻率低于1 MHz的系統(tǒng)，可以將所有設(shè)備或裝置進行集中接地。如果系統(tǒng)的工作頻率介于1～10 MHz，則根據(jù)系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)特點采取混合接地措施。

2.4 提高系統(tǒng)軟件的容錯性和抗干擾能力

軟件系統(tǒng)是自動化設(shè)備完成數(shù)據(jù)分析并產(chǎn)生決策指令的中心，所有自動化電力系統(tǒng)的控制動作都基于軟件系統(tǒng)的正常運行。首先提高軟件系統(tǒng)對電磁干擾下系統(tǒng)異常狀況的識別能力，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，避免電力系統(tǒng)的控制裝置發(fā)生錯誤動作。其次在軟件系統(tǒng)的編程中使用容錯技術(shù)，可以提高軟件系統(tǒng)在電磁干擾影響下的運行可靠性，避免軟件系統(tǒng)受到失真信號或復(fù)雜信息的影響。

2.5 自動化設(shè)備的電路設(shè)計和系統(tǒng)的布線

隨著微電子技術(shù)的進步，目前自動化設(shè)備所使用的集成電路朝著高密度三維集成化發(fā)展。繼印刷電路和集成電路之后，已可以通過分層電路板設(shè)計提高電路的電磁兼容性。并且系統(tǒng)中的芯片可以直接以粘貼的形式集成到電路板上[6]。因此，在自動化設(shè)備的電路設(shè)計中，可以通過使用上述技術(shù)有效縮小系統(tǒng)的線路分布參數(shù)，從而降低不同線路之間的互相干擾，提高設(shè)備內(nèi)部的電磁兼容性。

3 結(jié) 論

電磁兼容技術(shù)在世界范圍內(nèi)都屬于新興學(xué)科，我國對于這一復(fù)雜課題的研究與其他國家還存在很大差距?，F(xiàn)有技術(shù)水平可以解決普通的電磁兼容問題，對于電磁干擾環(huán)境過于復(fù)雜或大型機電設(shè)備的電磁兼容性問題，還需要進一步的研究。