電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

劉國(guó)軍，靳洋，王智慧，汪玉成

(1.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京市100192;2.安徽南瑞繼遠(yuǎn)軟件有限公司，合肥市230088)

0 引言

隨著電網(wǎng)自動(dòng)化、智能化的快速發(fā)展，通信對(duì)電網(wǎng)的支撐與保障要求越來(lái)越高，電力通信網(wǎng)運(yùn)行安全直接影響到電網(wǎng)繼電保護(hù)、安穩(wěn)控制、自動(dòng)化等關(guān)鍵業(yè)務(wù)運(yùn)行，甚至威脅到電網(wǎng)運(yùn)行安全。目前，大量高性能、智能化的通信設(shè)備應(yīng)用到電網(wǎng)中［1-3］，如光傳送網(wǎng)(optical transport network，OTN)、自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(automatically switch optical network，ASON)、分組傳送網(wǎng)(packet transport network，PTN)、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(ethernet-passive optical network，EPON)，電力通信設(shè)備受到電磁兼容干擾而影響到通信的問(wèn)題越來(lái)越多［4］。相對(duì)于運(yùn)營(yíng)商通信設(shè)備部署方式，大部分電力通信設(shè)備部署在變電站與非通信機(jī)房?jī)?nèi)，特別是變電站受到電磁傳導(dǎo)與輻射電磁干擾問(wèn)題特別嚴(yán)重，因此電力通信設(shè)備電磁兼容問(wèn)題也將被重點(diǎn)關(guān)注。

目前，在變電站電磁兼容研究方面，主要是針對(duì)變電站電磁環(huán)境［5-8］、變電站二次系統(tǒng)電磁兼容性要求［9-11］等方面進(jìn)行研究;在電力通信設(shè)備電磁兼容研究方面，文獻(xiàn)［4］分析電力通信設(shè)備通用電磁兼容性要求，提出了對(duì)電磁兼容性進(jìn)行不同等級(jí)、不同判據(jù)和不同項(xiàng)目的處理方式。在電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系研究方面，公網(wǎng)主要關(guān)注無(wú)線通信電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系［12］。

為構(gòu)建一個(gè)體系完整、系統(tǒng)、開(kāi)放的電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系，本文首先通過(guò)調(diào)研目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)及行業(yè)相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)分析電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)需求;然后根據(jù)需求分析，結(jié)合IEC電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系框架分類方法，提出電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，形成對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)體系表。

1 電磁兼容通用標(biāo)準(zhǔn)體系

電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系框架通常采用IEC(國(guó)際電工委員會(huì))的標(biāo)準(zhǔn)分類方法［13-14］，即所有電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)分成基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)/出版物、通用標(biāo)準(zhǔn)/出版物、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)/出版物，其中產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)又可分為系列產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和專用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。每類標(biāo)準(zhǔn)都包括發(fā)射和抗擾度2個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。

圖1 電磁兼容通用標(biāo)準(zhǔn)體系Fig.1 Electromagnetic compatibility generic standard system

基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)是基礎(chǔ)EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定達(dá)到電磁兼容的一般和基本條件或規(guī)則。通用類標(biāo)準(zhǔn)是通用EMC標(biāo)準(zhǔn)，是關(guān)于特定環(huán)境下的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)品EMC標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)適用于產(chǎn)品范圍的大小和產(chǎn)品的特性。

2 需求分析

2.1 電磁環(huán)境分類需求

設(shè)備的抗擾度要求會(huì)受到環(huán)境的限制，設(shè)備的電磁兼容要求應(yīng)當(dāng)基于電磁環(huán)境的嚴(yán)酷等級(jí)，電磁兼容要求確保設(shè)備在其工作環(huán)境下正常工作［15］。目前，電力通信設(shè)備主要部署在電力公司中心站機(jī)房、變電站(換流站)、開(kāi)閉站、環(huán)網(wǎng)柜、配電室、柱上開(kāi)關(guān)等，各類環(huán)境電磁兼容特征及嚴(yán)酷度差異很大，特別是變電站(換流站)環(huán)境的電磁騷擾影響比較大。根據(jù)電力通信設(shè)備不同的部署位置以及電磁環(huán)境差異性，可從以下幾方面考慮電力通信設(shè)備電磁環(huán)境分類:

(1)按通信設(shè)備部署方式，通信設(shè)備主要部署在通信機(jī)房與非通信機(jī)房;

(2)通信機(jī)房分為中心站通信機(jī)房與變電站通信機(jī)房，其中中心站通信機(jī)房電磁環(huán)境較好，而變電站通信機(jī)房易受到穩(wěn)態(tài)干擾(如工頻電壓、電流與電場(chǎng))與暫態(tài)干擾(如雷擊、故障和開(kāi)工操作等);

(3)非通信機(jī)房部署位置主要包括開(kāi)關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜、配電室、柱上開(kāi)關(guān)、變電站主控室、變電站開(kāi)關(guān)場(chǎng)、配電箱等，這些部署位置特征是通信設(shè)備基本沒(méi)有相關(guān)防護(hù)措施，甚至與一次設(shè)備部署在一起，直接受到傳導(dǎo)與輻射耦合干擾比較大。

結(jié)合以上分析，必須考慮電力通信設(shè)備電磁環(huán)境分類情況，以及規(guī)定各種通信設(shè)備在電力各類電磁環(huán)境下的環(huán)境參數(shù)和環(huán)境特征的特征嚴(yán)酷度，確保電力通信設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行是基于所處電磁環(huán)境的嚴(yán)酷等級(jí)。

2.2 電磁兼容性要求與測(cè)量方法需求

按照電力通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)類型分類，電力通信涉及到的通信設(shè)備類型主要包括傳輸網(wǎng)通信設(shè)備、業(yè)務(wù)網(wǎng)通信設(shè)備、支撐網(wǎng)通信設(shè)備和接入網(wǎng)通信設(shè)備。不同設(shè)備承載與保障的業(yè)務(wù)要求差異很大，各類設(shè)備對(duì)電磁兼容性要求等級(jí)不一，特別是承載重要生產(chǎn)業(yè)務(wù)的通信設(shè)備在電磁兼容要求方面應(yīng)具有更多的特殊性和詳細(xì)的性能要求。應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)的通信保障最低性能要求來(lái)確定通信設(shè)備的電磁兼容性能要求，并且需要對(duì)應(yīng)的測(cè)量與試驗(yàn)方法。應(yīng)從以下2個(gè)方面考慮電磁兼容性要求與測(cè)量方法需求:

(1)從設(shè)備類型、承載業(yè)務(wù)類型來(lái)考慮各類通信設(shè)備電磁兼容特殊與詳細(xì)性能要求，即電磁兼容產(chǎn)品類要求;

(2)給出不同通信設(shè)備的電磁兼容試驗(yàn)配置、特定性能判據(jù)、測(cè)量與試驗(yàn)方法。

以上2個(gè)部分需求體現(xiàn)了電力通信設(shè)備電磁兼容性的特殊要求，是電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系的重要組成部分。

2.3 電磁防護(hù)需求

由于目前還存在很多電力通信機(jī)房設(shè)計(jì)與裝飾、通信設(shè)備安裝與布置很少考慮電磁防護(hù)措施或電磁緩和措施，可以從以下3個(gè)方面提高電力通信設(shè)備電磁防護(hù)水平。

(1)對(duì)于騷擾源，要抑制發(fā)射。

(2)對(duì)于耦合，比如可通過(guò)減少耦合途徑來(lái)達(dá)到電磁兼容的緩和措施，包括接地和搭接以及在各種設(shè)施里正確地選擇和安裝線纜等。

(3)對(duì)于敏感設(shè)備，要提高抗擾能力，比如通過(guò)提高殼體(包括機(jī)架和機(jī)柜)和設(shè)備本身對(duì)電磁干擾防護(hù)等級(jí)的性能要求。

2.4 運(yùn)維管理需求

在運(yùn)維管理方面，應(yīng)加強(qiáng)電力通信設(shè)備電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)，電力通信設(shè)備電磁兼容相關(guān)缺陷、故障、檢修納入到電力通信運(yùn)維管理中，通過(guò)加強(qiáng)對(duì)電力通信設(shè)備電磁兼容的運(yùn)行及維護(hù)管理要求，有利于減少因電磁兼容降低通信性能或中斷電網(wǎng)業(yè)務(wù)的通信缺陷與通信故障的發(fā)生，提高通信支撐電網(wǎng)業(yè)務(wù)的保障水平。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)體系需求分析

電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)需求主要體現(xiàn)在電磁環(huán)境分類、電磁兼容要求與測(cè)量方法、電磁防護(hù)與緩和措施、運(yùn)維管理要求這4個(gè)方面，具體需求點(diǎn)與需求說(shuō)明見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)需求匯總表Tab.1 Summary of standard requirements

3 主要標(biāo)準(zhǔn)

為全面涵蓋電力通信設(shè)備電磁兼容性各方面要求，保證電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系的先進(jìn)性和完整性。以下在電力通信設(shè)備電磁兼容性要求需求分析基礎(chǔ)上，按照電磁環(huán)境類、電磁兼容要求與測(cè)量方法類、電磁防護(hù)及緩和措施類、運(yùn)維管理類四大方面梳理相關(guān)主要參考標(biāo)準(zhǔn)，詳見(jiàn)表2。

4 標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建

4.1 標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建原則

電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建應(yīng)在需求分析，梳理現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，按其內(nèi)在聯(lián)系形成一個(gè)科學(xué)的有機(jī)整體。構(gòu)建時(shí)應(yīng)遵循以下原則:

(1)完整性。制定電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系要從系統(tǒng)角度出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)的各種組成要素從多角度綜合考慮，形成完整的體系，使得后期對(duì)電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的制定與修訂能起到有效的指導(dǎo)作用。

(2)協(xié)調(diào)性。即相關(guān)性、關(guān)聯(lián)性。制定電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須考慮到會(huì)對(duì)其他標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生影響。特別應(yīng)考慮與電力行業(yè)、企業(yè)內(nèi)已有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的相容性。

表2 參考標(biāo)準(zhǔn)表Tab.2 Reference standard table

(3)開(kāi)放性。電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)是一個(gè)開(kāi)放的體系，能適應(yīng)電力通信新技術(shù)的發(fā)展需求。標(biāo)準(zhǔn)體系的開(kāi)放性使得標(biāo)準(zhǔn)的制定工作可以循序漸進(jìn)地進(jìn)行。

(4)目的性。電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)該能夠指導(dǎo)電力通信設(shè)備電磁兼容試驗(yàn)與檢測(cè)，有效增強(qiáng)電力通信設(shè)備電磁兼容性防護(hù)水平，確保電力通信設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高通信支撐電網(wǎng)業(yè)務(wù)的保障水平。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)

電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系總體架構(gòu)可從2個(gè)層面進(jìn)行構(gòu)建。其中第一層面，依據(jù)IEC的標(biāo)準(zhǔn)體系分類方法，將電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)分為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)3類;另一層面，按照電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)在需求，可分為電磁環(huán)境、電磁兼容要求與測(cè)試方法、電磁防護(hù)及運(yùn)行維護(hù)4個(gè)方面。

根據(jù)電力通信設(shè)備電磁兼容需求分析可知，基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)包括電磁環(huán)境的分類;通用標(biāo)準(zhǔn)包括電磁兼容要求與測(cè)量方法總體要求、運(yùn)維管理辦法;產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)包括傳輸網(wǎng)設(shè)備電磁兼容要求與測(cè)量方法、業(yè)務(wù)網(wǎng)通信設(shè)備電磁兼容要求與測(cè)量方法、支撐網(wǎng)通信設(shè)備電磁兼容要求與測(cè)量方法、接入網(wǎng)通信設(shè)備電磁兼容要求與測(cè)量方法。構(gòu)建的電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)如圖2所示。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)體系表

圖2 標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)Tab.2 Standard system architecture

通過(guò)需求分析、梳理分析、歸并整合等過(guò)程，將參照的標(biāo)準(zhǔn)與需要補(bǔ)充制定的標(biāo)準(zhǔn)組合形成了電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系表，見(jiàn)表3。整個(gè)電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系有“1個(gè)體系、3個(gè)大類、8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)”。它是一個(gè)具備完整性、邏輯性和開(kāi)放性的層級(jí)結(jié)構(gòu)，用于指導(dǎo)電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃和制定。

表3 標(biāo)準(zhǔn)體系表Tab.3 Standard system table

5 結(jié)論

(1)電力通信設(shè)備電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系從需求層面可分為電磁環(huán)境、電磁兼容性要求與測(cè)量方法、電磁防護(hù)與運(yùn)維管理4個(gè)方面，從IEC電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系分類層面可分為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)3個(gè)方面。

(2)構(gòu)建的電力通信設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系包含“1個(gè)體系、3個(gè)大類、8項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)”。

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