電力系統自動化設備的電磁兼容技術分析

王琨

丹東德元電力電器有限公司 遼寧丹東 118000

隨著當今社會用電需求量的日益增加，電力系統的供電效果及其運行安全也開始越來越為社會所重視。而在科學技術發展的推動下，自動化設備也開始在電力系統中得到了廣泛應用。通過自動化和智能化控制系統的應用，可有效確保電力系統的安全、穩定、經濟運行。而要想實現這一目標，一項關鍵的內容就是確保自動化設備的電磁兼容性。因此，在此類設備的具體設計中，設計者應充分考慮其電磁兼容性問題，并通過科學合理的技術措施來做好其電磁兼容性設計。這樣才可以發揮出自動化設備的應用優勢，滿足當今電力系統的實際應用與發展需求。

1 電力系統中自動化設備電磁兼容問題主要影響因素分析

電力系統的主要組成設備包括一次設備以及二次設備，其中的設備種類有很多，工藝也十分復雜。因此在電力系統的運行過程中，自動化設備電磁兼容性問題也十分顯著。通過總結與分析可知，在電力系統中，自動化設備的電磁兼容問題影響因素主要有電路影響、干擾信號差模與共模形態、脈沖干擾。以下是其具體情況分析：

1.1 電路影響

在電力系統中，自動化設備所含數字電路和零件非常多，包括集成電路、二極管等。在自動化設備運行過程中，這些電路和元件不僅可以成為電磁干擾的產生源頭，同時也會被其他電磁干擾所影響。如不消除這些影響，電力系統的穩定運行也難以得到有效保障。

1.2 干擾信號差模與共模形態

在電力系統自動化設備的運行過程中，受到的電磁干擾主要來源于三個途徑，第一是來自于電源系統；第二是來自于傳導通路；第三是來自于空間中的靜電以及電磁波。在這些電磁干擾中，存在于其運行空間中的靜電以及電磁波干擾最為突出，電子元件感應越靈敏，所受的電磁波干擾也就會越大[1]。同時，電源系統中的大電流回路也是電磁干擾信號產生的一個主要原因。如果這些干擾問題得不到有效解決，電力系統的運行質量將會受到很大程度的不利影響。

1.3 脈沖干擾

因為自動化設備中的微型計算機模擬系統主要通過二進制碼來進行控制與信息傳輸，加之脈沖信號是數字電路中主要的信息傳輸方式，所以在自動化設備的運行過程中，脈沖信號便會對衛星計算機的控制及其信息傳遞造成一定程度的干擾。如果此類干擾得不到有效解決，自動化設備運行的可靠性勢必會受到一定程度的不利影響，進而對電力系統運行效果產生不良影響。

2 兼容性技術在電力系統自動化設備中的應用分析

在電力系統中，自動化設備具有很多的敏感電子元件與部件，在大電流環境下需要傳輸大量的高頻信號，所以在這些自動化設備的內部，每一個部分與其他部分之間都有電磁兼容問題的存在，且此類問題十分復雜。同時，因為自動化設備在二次系統中屬于一個重要的組成部分，所以在電力設備、大型電氣設備以及高壓線路的運行過程中，自動化設備都會受到很大程度的電磁干擾。因此，在對電力系統中的自動化設備進行設計與應用的過程中，設計者和相關技術人員一定要對自動化設備和電力系統之間存在的電磁兼容問題進行重點研究，并通過合理的電磁兼容技術措施來進行解決。以下是電力系統自動化設備設計與應用中的幾種典型電磁兼容技術分析：

2.1 自動化設備自身電源與頻率的合理設計

在對電力系統中的自動化設備進行設計時，為有效確保其電磁兼容性，設計人員一定要對設備內部的微處理器進行電磁兼容問題的科學處理，并對其設計與工作頻率進行合理選擇。在此過程中，設計人員需要對復雜的降頻技術以及諧波分離技術加以深入研究，并將其合理應用到自動化設計設備中。同時，設計人員也應該將自動化設備的最大瞬時功率的計算和分析作為基礎，對其電源特性進行合理設計，使其電源在工作狀態下的電壓波動范圍控制在+10%-+15%之間[2]。通過這樣的方式，便可讓自動化設備中的電源具備良好的電磁兼容性。

2.2 通過試驗的方式對自動化設備進行電磁兼容性評估

在將自動化設備安裝到電力系統中以前，技術人員需將電力系統中的實際電磁環境特征作為依據，對設備具體的電磁兼容性指標進行科學確定，同時應在專業的實驗室內對其電磁兼容性進行評估。在對試驗指標進行確定的過程中，應該將電力系統在正常運行狀態下的電磁環境作為依據，盡最大限度防止自動化設備安裝和運行之后對電力系統中的其他設備造成電磁干擾。具體試驗中，技術人員應該對自動化設備的電源、接地端口、輸出端口以及輸入端口進行不同試驗指標的設置，然后將各種類型的電磁干擾施加到設備的模擬運行環境中，對其各個部分具體的抗干擾性能進行測試，以此來實現相應參數的準確獲取。對于抗干擾性能較差的部分，應及時采取相應的抗干擾措施來進行處理。通過這樣的方式，才可以有效確保自動化設備在電力系統中的電磁兼容效果。表1是電力系統中自動化設備典型的電磁干擾試驗項目與干擾信號標準情況：

表1 電力系統中自動化設備典型的電磁干擾試驗項目與干擾信號標準情況

2.3 電力系統的頻率調整與接地設計

在電力系統中，自動化系統的運行需進行高頻率信號的大量傳輸，所以其運行中產生的電磁場也會很強。因此，在自動化設備的具體應用中，可考慮在信號傳輸質量得以滿足的基礎上，將電力系統中的信號傳輸頻率適當降低，這樣便可有效降低電磁干擾，達到良好的電磁兼容效果。同時，接地方案的合理設計也可以讓電力系統中的漏電流被及時導入地下，進而實現系統電磁兼容性的顯著提升。具體接地設計中，在電力系統或者是自動化設備的運行頻率超過10MHz的情況下，應選擇多點接地的方式來進行設計；如果電力系統或者是自動化設備的最高運行頻率在1MHz以下，則可將所有裝置或設備集中接地；而如果電力系統的工作頻率在1-10MHz之間，則需要根據電力系統的具體結構特征來進行混合接地設計[3]。通過這樣的方式，才可以有效避免電磁干擾的情況發生，盡最大限度確保電力系統和自動化設備之間的電磁兼容效果。

2.4 自動化系統軟件容錯性與抗干擾能力的提升

在電力自動化控制系統中，軟件系統的主要作用是對相應的數據進行分析，并實現決策指令的產生。所以，軟件系統的良好運行是確保整體電力自動化控制系統作用與功能實現的關鍵。基于此，在對自動化設備進行電磁兼容性的設計過程中，設計人員一定要充分注重自動化系統中軟件容錯性以及抗干擾能力的全面提升。首先應提升系統軟件對于電磁干擾狀態下的異常識別能力，這樣才可以實現自動化系統自身抗電磁干擾能力的有效提升，防止電力系統中的自動化控制裝置誤動作現象。其次是將相應的容錯性技術應用到自動化控制系統的編程中，這樣便可在電磁干擾條件下確保整個軟件系統的可靠運行，防止復雜信息或者是失真信息對軟件系統的不利影響，提升自動化設備的抗電磁兼容性。

2.5 自動化設備電路與系統布線的合理設計

在當今微電子技術的不斷發展中，電力系統自動化設備中的集成電路也開始朝著三維集成與高密度方向發展。在印刷電路和集成電路的基礎上，電路板的分層設計已經成為了提升電路電磁兼容性的一種重要設計方法。具體設計中，可直接將芯片粘貼到電路板上來達到集成效果。基于此，在對電力系統中的自動化設備進行電路設計的過程中，設計人員可采用這種方法來進行設計，以此來實現整體自動化控制系統電路分布參數的有效縮小，讓不同線路之間所產生的相互干擾問題發生幾率得以顯著降低，進而有效提升自動化設備的電磁兼容性。

2.6 屏蔽技術的合理選擇

在對電力系統中的自動化設備進行設計與應用的過程中，合理的屏蔽技術選擇也是有效降低電磁干擾、提升設備與系統之間電磁兼容效果的關鍵。就目前來看，應用在電力系統自動化設備中的屏蔽技術主要有三種，第一是電磁屏蔽技術；第二是電屏蔽技術；第三是磁屏蔽技術[4]。具體應用中，技術人員應根據實際需求來進行屏蔽技術的合理選擇，讓自動化設備和電力系統之間的電磁干擾維持在一個可控的范圍內，然后再借助于屏蔽體來實現磁場能量的進一步降低，這樣便可有效避免電磁設備對自動化設備的不利影響。在此過程中，設計人員與技術人員也應該充分注重屏蔽體材料的科學改良，將先進的屏蔽材料應用到自動化設備中，以此來實現其抗電磁干擾能力的良好保障。

3 電磁兼容技術在電力系統自動化設備中的應用前景分析

隨著當今電力系統的自動化與智能化發展，電磁兼容技術的應用和發展也開始備受關注。但是因為此項技術在我國的應用時間較晚，發展歷程不長，所以相比較其他發達國家而言，我國的電磁兼容技術依然具有很大的發展空間。目前，我國的電磁兼容技術大多在電力系統中的小型自動化設備設計與應用中出現，并未全面應用到大型自動化設備中。但是相信隨著我國科學技術的不斷發展，此項技術必將在電力系統大型自動化設備中得以科學應用，并從源頭上解決電磁干擾問題，讓自動化設備在電力系統中具備最佳的電磁兼容性。為達到這一目標，相關專家、學者和技術人員應加大力度對電力系統自動化設備應用中的電磁兼容技術進行研究，以此來充分發揮此項技術優勢，促進電力系統的自動化、智能化發展。

4 結語

綜上所述，在電力系統的運行過程中，自動化設備及其控制系統是實現整體電力系統自動化與智能化控制的關鍵。但是由于電路影響、感染信號差模與共模形式、脈沖干擾等因素的影響，使得自動化設備與電力系統之間很容易出現電磁干擾問題。為有效降低電磁干擾，實現自動化設備兼容性的良好保障，在此類設備的具體設計與應用中，設計人員與技術人員一定要注重電磁兼容技術的合理應用，通過自動化設備自身電源與頻率的合理設計、自動化設備的電磁兼容評估、電力系統的頻率調整與接地設計、自動化系統軟件容錯性與抗干擾能力提升、自動化設備電路與系統布線合理設計、屏蔽技術合理選擇等方式來保障其兼容效果，以此來實現自動控制設備在電力系統中的良好應用與發展。