電力系統自動化設備的電磁兼容技術

彭江鷹

（湘西民族職業技術學院，湖南 湘西 416000）

0 引 言

在對電力系統供電質量和運行安全要求越來越高的情況下，自動化設備已成為電力系統中必不可少的一部分，通過智能化和自動化控制系統的安裝，可以極大地提升電力系統運行的經濟性和可靠性。但是，這一目標的實現必須保障控制系統本身運行可靠和穩定，因此涉及到了電磁兼容技術的應用。

1 兼容技術的主要研究方向及其應用原理

1.1 抑制干擾源的影響

抑制干擾源對敏感電路、元件和設備實現了電磁兼容，確保敏感設備穩定運行，是電磁兼容技術的一個重要研究方向。其中，最常見的有效手段是通過設置濾波電路或組件抑制干擾源的傳播，根據干擾源的電磁特性實現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

電磁兼容技術的另一個研究思路是研發和利用屏蔽材料，構建起對電力系統的設備、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部或外部。一方面阻止外部電磁干擾源對屏障內設備和裝置的干擾，另一方面可以防止屏蔽裝置內部的高頻率、大功率和高電壓設備的運行成為電力系統干擾源[2]。

1.3 優化電子電力設備的電磁環境

通過合理布置電力系統中的設備和線路，能夠降低發生電磁干擾的概率，有效優化電子電力設備的電磁環境。首先通過分析所有設備、線路和裝置的電磁干擾與電磁耐受性能特征，將易于發生相互干擾的線路和設備盡量分開，并且對重點干擾源采取電磁屏蔽措施，防止不同設備之間發生電磁耦合和感應[3]。其次是在線路設計中需要針對脈沖功率大、高頻導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 兼容技術在電氣系統自動化設備設計安裝中的應用

電氣系統自動化設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，設備內部各個部分之間存在復雜的電磁兼容性問題。另外，作為二次系統中的一部分，自動化設備受到了電力系統中運行的大型機電設備、電力設備以及高壓線路的電磁干擾。所以，在自動化設備的設計或安裝中，需要首先解決設備與系統之間電磁兼容性的問題。

2.1 自動化設備電源和頻率的設計

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

2.2 通過試驗評估設備的電磁兼容性

在安裝使用電力系統自動化設備之前，應當根據電力系統的電磁環境特點確定自動化設備的電磁兼容指標，并且在專業實驗室對自動化設備進行電磁兼容性評估。試驗指標的確定需要根據電力系統正常運行情況下的電磁環境確定，要避免設備安裝運行后形成對其他設備的干擾[4]。在試驗中要針對設備的電源、輸入、輸出以及接地端口設置不同的試驗指標，通過模擬運行環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。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準（見表1），為設備安裝中采取必要的抗干擾措施、實現電磁兼容做好準備。

表1 常用電磁干擾試驗的類型及其干擾信號標準

2.3 電力系統的頻率調整和接地方式的設計

在電力自動化控制系統的運行過程中，會進行大量高頻信號的傳輸，從而產生很強的電磁場。為了提高系統的電磁兼容性，可以在滿足信號傳輸質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運行產生的漏電流導入地下，也是實現電力系統電磁兼容的重要手段[5]。當設備或系統的運行頻率高于10 MHz時，采用多點接地的方式才能有效預防電磁干擾。而對于最高頻率低于1 MHz的系統，可以將所有設備或裝置進行集中接地。如果系統的工作頻率介于1～10 MHz，則根據系統的實際結構特點采取混合接地措施。

2.4 提高系統軟件的容錯性和抗干擾能力

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

2.5 自動化設備的電路設計和系統的布線

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

3 結 論

電磁兼容技術在世界范圍內都屬于新興學科，我國對于這一復雜課題的研究與其他國家還存在很大差距。現有技術水平可以解決普通的電磁兼容問題，對于電磁干擾環境過于復雜或大型機電設備的電磁兼容性問題，還需要進一步的研究。