電力變電所的電磁防護問題分析

卜則源

摘 要：電力變電所在變配電過程中容易產(chǎn)生干擾電磁波。本文充分研究電磁干擾的危害，并通過對電磁干擾進行建模分析，有效掌握變電所內(nèi)部的微機保護和監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況。并了解干擾電磁波產(chǎn)生的原因，通過抑制干擾源、切斷傳播途徑、提高設(shè)備本身抗干擾能力等方法來消除電磁干擾，來提高變電所運行的可靠性，科學(xué)地解決好變電所的電磁防護問題。

關(guān)鍵詞：電力變電所；電磁防護；電磁干擾；安全措施

一、電磁干擾的產(chǎn)生來源以及危害

1.電磁干擾的產(chǎn)生 在自然界中雷電放電、太陽黑子爆發(fā)、日輝和地球磁暴等都是電磁干擾的來源。而連續(xù)、脈沖、間接、接觸干擾源是人為的電磁干擾的主要來源。變電所中的機械機車牽引、接觸電網(wǎng)等容易引起電磁干擾，其中所內(nèi)高壓電器設(shè)備以及低壓交直流回路內(nèi)電氣設(shè)備的操作過電壓、雷電引起的雷電感應(yīng)過電壓會產(chǎn)生電磁干擾。變電所內(nèi)部各項高壓設(shè)備的正常工作中，對周圍電磁場、電磁波以及輸入輸出線路中的瞬間電壓電流變化等都會產(chǎn)生電磁干擾。

2.電磁干擾的危害 電磁干擾產(chǎn)生的數(shù)字系統(tǒng)誤碼率增大，能夠降低傳遞信息的可靠性，嚴重時會發(fā)生錯誤和信息丟失，對系統(tǒng)造成重大危害。自動控制系統(tǒng)受到電磁干擾時，使控制系統(tǒng)的可靠性和有效性降低，出現(xiàn)失控、誤控或誤動作，并危及安全控制系統(tǒng)。另外系統(tǒng)中的靈敏電機、電器也對電磁干擾也十分敏感。

電磁干擾產(chǎn)生的模擬量輸入干擾，可能會造成采樣數(shù)據(jù)的失真，對精度和計量的準確性造成重要影響，同時還可能會引起微機保護誤動，損壞遠動終端設(shè)備和微機保護部分元器件。電磁干擾促使開關(guān)量輸入輸出通道受影響，可能會導(dǎo)致微機和遠動終端數(shù)據(jù)錯誤，對CPU造成干擾，進而導(dǎo)致CPU工作不正常。電磁干擾將會降低系統(tǒng)的性能指標，對工作設(shè)備直接造成損害，嚴重影響電力系統(tǒng)向電網(wǎng)供電的可靠性。

二、電磁干擾的防護措施

電磁干擾的產(chǎn)生同時具備了三個基本要素：（1）電磁干擾源的存在；（2）受電磁干擾的電氣設(shè)備，當(dāng)電磁干擾產(chǎn)生的干擾超出容許的界限時，被干擾設(shè)備性能會發(fā)生混亂；（3）在干擾源和受干擾設(shè)備間必須有耦合通道。傳遞電磁干擾必須同時具備三個基本要素才會發(fā)生電磁干擾。如果衰減或者除去其中任何一個條件就可以抑制干擾，那么電磁干擾的防護就會有以下幾種措施。

1.抑制干擾源 抑制干擾源首先最重要的就是減小干擾源的產(chǎn)生，常用的措施可以通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實現(xiàn)，或者在干擾源回路當(dāng)中串聯(lián)電感或串聯(lián)電阻以及增加續(xù)流二極管來實現(xiàn)對干擾源的衰減和抑制。

2.切斷電磁干擾傳播途徑 長期以來，干擾源對變電所系統(tǒng)設(shè)備的干擾主要通過傳導(dǎo)干擾和輻射干擾路徑實現(xiàn)。從理論上來講，切斷干擾傳播路徑的常用措施有：隔離、屏蔽、濾波和接地。

首先是隔離。隔離干擾源與保護裝置要做到以下幾點：a交流電路中的電壓、電流、功率等電信號轉(zhuǎn)換為直流量以減弱電磁干擾的產(chǎn)生；b交流量電壓互感器和電流互感器實現(xiàn)物理隔離，使交流產(chǎn)生的“地”信號與直流產(chǎn)生的“地”信號隔離；c對開關(guān)量的輸入和輸出信號都應(yīng)采用光電隔離。

其次是屏蔽。把容易產(chǎn)生干擾的設(shè)備或線路，用金屬網(wǎng)包圍起來，以降低輻射干擾的傳播。將電場和磁場的屏蔽在金屬網(wǎng)內(nèi)部，并對保護網(wǎng)作接地處理。

再次是濾波。主要是濾去電磁波中的干擾信號。設(shè)備的開關(guān)電源要在電源入口處增設(shè)電源濾波器來有效防止電源干擾信號的影響，濾波器應(yīng)以短距離可靠安全接地，要使所有電源線必須經(jīng)過濾波器，除去干擾信號之后才能輸入設(shè)備內(nèi)部。

最后是接地。使用低阻抗的導(dǎo)體作為接地材料，為高頻干擾信號造成低阻抗通路，使其消失在地線，從而防止干擾信號對設(shè)備電路產(chǎn)生干擾藕合。此外還要將數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)的信號進行有效分離，避免設(shè)備信號與地線形成回路而造成磁場干擾。

3.提高設(shè)備本身抗干擾能力 提高變電所內(nèi)部設(shè)備本身抵抗干擾的性能，提高設(shè)備對干擾噪聲的免疫，包括硬件抗干擾、軟件抗干擾兩個方面。

（1）提高敏感器件的抗干擾性能是硬件抗干擾。設(shè)計電路時，縮小電路回路環(huán)的大小，減弱感應(yīng)噪聲，并使用較粗的電源線和地線減小來壓降，更有利于降低耦合噪聲；設(shè)計單片機時，將閑置的I/O口進行接地或接其他設(shè)備，在改變其邏輯的情況下，對閑置的端口進行有效的物理隔離；單片機使用過程中要加裝電源監(jiān)控設(shè)備，有效監(jiān)控設(shè)用過程中容易出現(xiàn)的特殊狀況及時解決；在保證設(shè)備運行速度的情況下，使用合適的單片機進行設(shè)備的調(diào)試；在電路中使用的IC器件，要直接焊接在電路板上，減少不必要的電路連接。

（2）采取有針對性措施軟件設(shè)計，減少干擾進入裝置內(nèi)部是軟件抗干擾。設(shè)備中產(chǎn)生的電磁干擾，可能對設(shè)備正常的采樣輸入數(shù)據(jù)和軟件運算造成影響，在設(shè)備設(shè)計時加裝數(shù)據(jù)多通道采集和程序運算結(jié)果復(fù)算，可以進一步提高設(shè)備采集數(shù)據(jù)的可靠性。

如果電磁干擾信號越過外部防線入侵到微機系統(tǒng)內(nèi)部，就會導(dǎo)致程序運行出現(xiàn)問題。這時可以采用看門狗WATCH DOG技術(shù)，系統(tǒng)內(nèi)部定時器將會產(chǎn)生計時溢出脈沖信號，使系統(tǒng)自動復(fù)位，重新裝入應(yīng)用程序。系統(tǒng)裝置的元器件損壞可能導(dǎo)致保護裝置拒動或誤動，也可能導(dǎo)致監(jiān)控裝置傳輸誤碼，在系統(tǒng)設(shè)計時加裝自動檢測裝置，及時準確掌握設(shè)備運行狀態(tài)，有問題及時處理；此外還要加強對保護和監(jiān)控裝置線路的出口進行監(jiān)視和信號閉鎖。

4.提高變配電所及弱電系統(tǒng)的防雷技術(shù)應(yīng)用 目前，變配電所及其進出線均采取有效地防直擊雷和雷電感應(yīng)過電壓措施，包括在建筑物內(nèi)電子信息系統(tǒng)的防雷設(shè)計，都是防雷技術(shù)應(yīng)用，此外還要加強對雷電防護分區(qū)、分級、分系統(tǒng)確定的防雷等級的要求。

總之，加強變電所設(shè)備的抗干擾性能是電力變配電所可靠運行的一個重要保證之一，從設(shè)計開始就要充分考慮設(shè)備的抗電磁干擾能力，施工安裝過程中充分運用各種抗干擾措施，保證其變電所設(shè)備能在各種的環(huán)境下正常工作，為用電設(shè)備提供安全可靠的運行環(huán)境。

參考文獻：

嚴璋，朱德恒.高電壓絕緣技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2000.

（作者單位：四川省綿陽中學(xué)實驗學(xué)校 621000）