變電站保護(hù)與控制裝置電磁兼容整改實(shí)例分析

深圳市地鐵集團(tuán)有限公司　王　鴻

變電站保護(hù)與控制裝置電磁兼容整改實(shí)例分析

深圳市地鐵集團(tuán)有限公司王鴻

隔離開關(guān)帶電操作時(shí)，斷口間會(huì)出現(xiàn)幾十次乃至幾百次重復(fù)燃弧及斷弧的過程，在系統(tǒng)中的電感及電容所構(gòu)成的振蕩回路中產(chǎn)生一系列很復(fù)雜的過渡過程，從而在母線及引線上產(chǎn)生幅值及頻率均較高的暫態(tài)電壓和電流。本文介紹了電磁兼容的一些基本概念，通過實(shí)際工作中碰到的一例電磁兼容問題，從故障現(xiàn)象分析導(dǎo)致設(shè)備故障的原因。并從調(diào)整保護(hù)控制裝置二次線布線路徑，HMI上加裝金屬屏蔽罩，二次線上加裝磁環(huán)，加強(qiáng)保護(hù)控制裝置的接地等方面闡述故障處理過程。EMC整改后，保護(hù)控制裝置故障現(xiàn)象消失。

隔離開關(guān)；電磁兼容；EMC；干擾

1　引言

隨著軌道交通的迅猛發(fā)展，35kV中壓開關(guān)柜的實(shí)際使用數(shù)量大大增加，EMC（電磁兼容）方面的缺陷導(dǎo)致的問題也隨之增加。本文從隔離干擾源，消除耦合途徑，增強(qiáng)敏感設(shè)備的抗干擾能力三方面來闡述中壓開關(guān)柜EMC的整改過程。

2　電磁兼容相關(guān)概念

電磁兼容：當(dāng)電子設(shè)備或電氣設(shè)備所產(chǎn)生的電噪聲不干擾任何其它設(shè)備正常工作時(shí)，這些設(shè)備是電磁兼容的。

電磁干擾：當(dāng)不希望的電壓和電流影響設(shè)備性能時(shí)稱為電磁干擾。

電磁干擾的三要素：干擾源，耦合途徑，敏感設(shè)備。三者關(guān)系見圖1。

圖1　電磁干擾的三要素及其關(guān)系模型

要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的電磁兼容，只要破壞電磁干擾的任一要素即可，即隔離干擾源，消除耦合途徑，增強(qiáng)敏感設(shè)備的抗干擾能力。對(duì)應(yīng)的措施簡(jiǎn)單概括為：隔離、屏蔽、接地。

3　故障現(xiàn)象描述

2016年3月26日凌晨1：26：07秒，電調(diào)遠(yuǎn)方分世界之窗降壓所3041隔離開關(guān)后，相鄰的302開關(guān)柜的二次保護(hù)控制裝置故障總信號(hào)動(dòng)作，控制方式由遠(yuǎn)方控制方式自動(dòng)轉(zhuǎn)為當(dāng)?shù)乜刂品绞健，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員描述保護(hù)控制裝置HMI面板白屏自動(dòng)重啟后，恢復(fù)正常顯示。世界之窗降壓所主接線如圖2所示。

4　故障原因查找及分析

帶電分合3041隔離開關(guān)10次，相鄰的302柜保護(hù)控制裝置HMI出現(xiàn)5次白屏自動(dòng)重啟。而在3041隔離開關(guān)不帶電的情況下分合，相鄰的302柜保護(hù)控制裝置HMI正常，未見前述故障現(xiàn)象。

隔離開關(guān)帶電操作時(shí)，斷口間會(huì)出現(xiàn)幾十次乃至幾百次重復(fù)燃弧及斷弧的過程，在系統(tǒng)中的電感及電容所構(gòu)成的振蕩回路中產(chǎn)生一系列很復(fù)雜的過渡過程，從而在母線及引線上產(chǎn)生幅值及頻率均較高的暫態(tài)電壓和電流，母線如同一根高頻天線，以瞬態(tài)電磁場(chǎng)的形式向周圍空間輻射能量，還會(huì)通過連接到母線上的設(shè)備（如電容分壓式帶電顯示器）直接耦合到低壓回路。結(jié)合上述測(cè)試結(jié)果，可以初步判斷導(dǎo)致302柜保護(hù)控制裝置異常的原因是帶電分合3041隔離開關(guān)。

圖2　世界之窗降壓所主接線圖

5　處理措施

5.1隔離干擾源

（1）帶電分合3041隔離開關(guān)會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，不帶電分合3041隔離開關(guān)不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。因此，可以建議電調(diào)在倒閘操作時(shí)，盡量在3041隔離開關(guān)停電狀態(tài)下操作。比如在涉及到II段35kV母線停電的倒閘操作，在斷開304斷路器以及II段35kV母線所帶的其它負(fù)荷后，先斷開302斷路器，讓II段35kV母線停電后再操作3041隔離開關(guān)。

（2）電纜是系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)，一臺(tái)獨(dú)立進(jìn)行EMC輻射發(fā)射測(cè)試時(shí)完全合格的設(shè)備通過電纜連接起來后，系統(tǒng)就不再合格了。統(tǒng)計(jì)顯示90%的EMC問題是電纜造成的，這是因?yàn)殡娎|是高效的電磁波接收天線和輻射天線，同時(shí)也是干擾傳導(dǎo)的良好通道。帶電分合3041隔離開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的干擾可能經(jīng)母線傳導(dǎo)至302開關(guān)柜后經(jīng)302柜電容式帶電顯示器的導(dǎo)線傳導(dǎo)至保護(hù)裝置HMI附近并向周圍空間輻射，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)保護(hù)控制裝置HMI的電源線和數(shù)據(jù)線與帶電顯示

器的線捆扎在一起。EMC整改時(shí)將HMI的電源線、數(shù)據(jù)線與帶電顯示器的二次線分開布線，隔離干擾源。

5.2消除耦合途徑

（1）屏蔽是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電磁、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射，抑制電磁輻射沿空間傳播、切斷輻射途徑的重要措施。用屏蔽將干擾源包圍起來，可以防止干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來，可以防止它們受到外界電磁場(chǎng)的影響。檢查中發(fā)現(xiàn)302柜為二期工程新加裝的開關(guān)柜，保護(hù)控制裝置為較新的中文版，HMI為塑料外殼，未加裝金屬屏蔽罩。EMC整改時(shí)將HMI加裝尺寸合適的金屬屏蔽罩。

（2）磁環(huán)是電磁兼容的重要元件。磁環(huán)使用的是鐵氧磁芯，對(duì)吸收高頻電磁干擾具有很好的效果，不會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生不良影響。在電磁干擾線路上加磁環(huán)或磁珠是削弱或抑制電磁干擾的一種常用方法。EMC整改時(shí)將保護(hù)控制裝置HMI的電源線、數(shù)據(jù)線以及主機(jī)的二次線均加上磁環(huán)。

5.3增強(qiáng)敏感設(shè)備的抗干擾能力

在產(chǎn)品的研發(fā)階段，對(duì)于保護(hù)控制裝置可以從PCB設(shè)計(jì)，器件、軟件與頻率抖動(dòng)技術(shù)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式等方面采取措施。比如PCB設(shè)計(jì)時(shí)從器件布局，布線的路徑等方面減少PCB上電路產(chǎn)生的電磁輻射和對(duì)外界干擾的敏感性，減少PCB上電路之間的相互影響；從器件的封裝、上升沿、引腳分布及器件本身的抗干擾能力方面采取措施；利用軟件提供的容錯(cuò)技術(shù)避開產(chǎn)品對(duì)外界干擾的影響；保護(hù)控制裝置的HMI和主機(jī)盡量采用一體式結(jié)構(gòu)，減少連接電纜。

但對(duì)于已經(jīng)投入運(yùn)行的設(shè)備，加強(qiáng)接地，保證地線電位盡量穩(wěn)定，降低地壓降是一個(gè)比較容易實(shí)現(xiàn)的方式。許多EMC問題是由不合理的接地設(shè)計(jì)造成的，接地的目的有三個(gè)：

（1）接地使整個(gè)系統(tǒng)中的所有單元都有一個(gè)公共的參考零電位，也就是各個(gè)系統(tǒng)的地之間沒有電位差，保證系統(tǒng)能穩(wěn)定地工作。

（2）防止外界電磁場(chǎng)的干擾。機(jī)殼接地為瞬態(tài)干擾提供了泄放通道，也可使因靜電感應(yīng)而積累在機(jī)殼上的大量電荷通過大地泄放。否則，這些電荷形成的高壓可能引起設(shè)備內(nèi)部的火花放電而造成干擾。

（3）保證安全工作。當(dāng)發(fā)生直接雷電的電磁感應(yīng)時(shí)，可避免電子設(shè)備毀壞。

EMC整改時(shí)將保護(hù)控制裝置的主機(jī)單元的接地隔板換為電阻更小接地隔板；將連接在上蓋板的接地線連接至側(cè)面，單獨(dú)制作一根短而粗的連接導(dǎo)線將上蓋板和側(cè)面可靠連接；將開關(guān)柜內(nèi)的接地銅排用一根70mm2的電纜連接至變電所接地銅母排。

6　結(jié)語

當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)電磁兼容問題時(shí)，對(duì)電磁干擾的各個(gè)途徑進(jìn)行全面分析，能整改的地方一并整改，當(dāng)全部能用上的措施均用上后再通電進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試后發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象消失，說明故障已排除。

對(duì)于已經(jīng)投運(yùn)的設(shè)備，每晚的檢修時(shí)間只有3個(gè)小時(shí)30分鐘，這種僅憑電磁兼容相關(guān)理論來快速解決實(shí)際問題的方法有一定的參考性。當(dāng)然經(jīng)過一系列整改方式后故障仍不能排除，下一步可以聯(lián)系有資質(zhì)的公司到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行EMC測(cè)試，找出真正的原因，然后再進(jìn)行有針對(duì)性的整改。

［1］蘇惠峰，高莉，段新，等.微機(jī)繼電保護(hù)裝置的電磁兼容設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（17）：97-99.

［2］黃益莊.變電站智能電子設(shè)備的電磁兼容技術(shù)［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2008，36（15）：6-9.

［3］周冰航，周有慶，劉敏.變電站微機(jī)保護(hù)裝置的電磁兼容研究［J］.繼電器，2008，36（10）：1-10.

［4］馬海杰，羅廣孝，徐剛，等.特高壓變電站二次設(shè)備電磁兼容建模［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（17）：53-57.

Substation protection and control device electromagnetic compatibility rectification instance

WANG Hong
（Shenzhen Metro Group Co.，Ltd.ShenZhen，518040，China）

Isolation switch powered operation，there will be dozens or even hundreds arc burning.This paper introduces some basic concepts of electromagnetic compatibility，through practical work encountered one case of electromagnetic compatibility problems，analysis the reasons of leading to equipment failure from the failure phenomenon.Wiring path the adjustment.The metal shield installation on the HMI.The line to install the ring.To strengthen the protection of the grounding of the control device.After renovation，the protection and control devices fault disappears.

isolating；switch；EMC；interference

王鴻（1984—），男，大學(xué)本科，工程師，主要從事地鐵供電系統(tǒng)技術(shù)管理工作。