電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的電磁兼容技術(shù)初探

王芳芳 岳凱

（山西省長(zhǎng)治清華機(jī)械廠 山西長(zhǎng)治 046012）

電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的電磁兼容技術(shù)初探

王芳芳 岳凱

（山西省長(zhǎng)治清華機(jī)械廠 山西長(zhǎng)治 046012）

本文以電磁兼容技術(shù)的研究主體為基礎(chǔ)，分析了電力系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)備應(yīng)用電磁兼容技術(shù)的必要性，研究其應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出行之有效的加強(qiáng)措施。通過(guò)本文的論述，旨在進(jìn)一步完善電磁兼容技術(shù)，增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，促進(jìn)我國(guó)電力事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

電力系統(tǒng)；自動(dòng)化設(shè)備；電子兼容技術(shù)

在我國(guó)電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平快速提升的背景下，電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用逐漸普遍。由于設(shè)備的工作環(huán)境較為特殊，在運(yùn)作時(shí)容易受到外界電磁的影響；而電子兼容技術(shù)可以有效處理運(yùn)作過(guò)程中的干擾因素，可實(shí)現(xiàn)在同一電磁環(huán)境下，電子設(shè)備、電氣與人的和諧共存。成熟的電磁兼容技術(shù)，在提高電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)作精確性方面發(fā)揮著尤為重要的作用。

1 分析電磁兼容的研究主體

1.1 電磁環(huán)境評(píng)價(jià)體系

健全的電磁環(huán)境評(píng)價(jià)體系在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，在研究電磁兼容問(wèn)題的整體環(huán)節(jié)中占據(jù)重要位置。此外，通過(guò)電磁環(huán)境評(píng)價(jià)，能夠從根本上解決電磁干擾現(xiàn)狀；利用先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合仿真和數(shù)字手段，對(duì)設(shè)備運(yùn)作進(jìn)行真實(shí)模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁抗干擾水平的評(píng)估。在具體運(yùn)作過(guò)程中，利用電磁兼容測(cè)試車的運(yùn)動(dòng)，定期檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的狀況。

1.2 電磁干擾耦合路徑

傳導(dǎo)性干擾與輻射性干擾屬于電磁干擾方式的兩大方面。其中，傳導(dǎo)性干擾體現(xiàn)在干擾源利用電源線路、信號(hào)線與接地線等介質(zhì)，進(jìn)行傳導(dǎo)并展開(kāi)干擾，如雷電沖擊現(xiàn)象，對(duì)電源產(chǎn)生干擾。而輻射性干擾則是利用自身電磁場(chǎng)，借助擴(kuò)散形式實(shí)現(xiàn)對(duì)敏感電力系統(tǒng)設(shè)備的干擾，如電視與無(wú)線電的干擾。對(duì)電磁干擾耦合路徑的研究分析，可以以此為基礎(chǔ)，合理規(guī)劃風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防方案，及時(shí)消除干擾因素。

1.3 電磁抗干擾性能

目前，強(qiáng)弱電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備呈現(xiàn)出一體化的發(fā)展態(tài)勢(shì)，可以根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分析電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)作過(guò)程中電磁干擾現(xiàn)狀，保證設(shè)備構(gòu)件不會(huì)出現(xiàn)破損。以此為基礎(chǔ)，評(píng)估設(shè)備的整體狀況，主要體現(xiàn)在評(píng)定管理計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化程序、繼電保護(hù)計(jì)量表等設(shè)備的抗干擾水平。

2 電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的電磁兼容技術(shù)概述

2.1 應(yīng)用電磁兼容技術(shù)的必要性

隨著電子設(shè)備與技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新，電磁兼容技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。存在電子設(shè)備與電子技術(shù)的領(lǐng)域內(nèi)，都存在相應(yīng)的電磁干擾局面。而且，電磁兼容技術(shù)的研究主體是電磁干擾，可以有效解決外界電磁干擾因素，以及電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備內(nèi)部電路的互相干擾。通過(guò)研究電磁兼容技術(shù)，有利于提升電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)作效率與運(yùn)作質(zhì)量。

先進(jìn)的電磁兼容技術(shù)有助于降低電磁波對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備形成的干擾，保證設(shè)備的精準(zhǔn)度。由于電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備內(nèi)容逐漸復(fù)雜化的發(fā)展趨勢(shì)，容易出現(xiàn)電路混合現(xiàn)狀，居高不下的電路工作頻率，導(dǎo)致電磁干擾現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)峻。要求電磁兼容技術(shù)研發(fā)人員不斷對(duì)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新變革，促進(jìn)產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)度，為電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的正常運(yùn)作奠定基礎(chǔ)，有利于降低電磁污染。

2.2 電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容技術(shù)現(xiàn)狀

由于電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備較為復(fù)雜，其電磁干擾源較多樣化。其中，一次、二次系統(tǒng)設(shè)備，自動(dòng)化設(shè)備構(gòu)件、外界電磁輻射以及不同傳輸?shù)赖确矫娴碾姶鸥蓴_，容易破壞電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)作的安全性與穩(wěn)定性。

（1）電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備主要包括以微機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的模擬電路與數(shù)字電路。其中，二極管、集成電路塊與轉(zhuǎn)換電路的應(yīng)用最為廣泛，既對(duì)干擾敏感，又屬于干擾源。

（2）在微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，干擾信號(hào)主要包括共模和差模兩大內(nèi)容。而電磁干擾主要通過(guò)傳導(dǎo)通路、電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)微機(jī)系統(tǒng)的侵入。在微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部，通常存在電磁場(chǎng)與靜電場(chǎng)感應(yīng)。微機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)作時(shí)，由于電壓過(guò)低導(dǎo)致輸入輸出線、電源線形成高速大電流回路，并形成強(qiáng)電磁感應(yīng)。

（3）微機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，傳輸線會(huì)出現(xiàn)延時(shí)、波形畸變現(xiàn)象，容易受到外界電磁干擾。

（4）脈沖干擾。由于微機(jī)系統(tǒng)主要以對(duì)二進(jìn)制碼的識(shí)別為基礎(chǔ)展開(kāi)工作，主要由數(shù)字電路構(gòu)成，對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行傳送，但也容易對(duì)脈沖干擾產(chǎn)生敏感。

3 加強(qiáng)電力系統(tǒng)設(shè)備電磁兼容技術(shù)的措施

3.1 實(shí)現(xiàn)對(duì)互相干擾設(shè)備與電路的隔離

對(duì)互相干擾的電路與設(shè)備進(jìn)行及時(shí)隔離，有利于完善電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的電磁兼容技術(shù)，拓寬電力系統(tǒng)的兼容空間。其中，合理的線路設(shè)計(jì)屬于電磁兼容技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)隔離干擾電路時(shí)，避免選擇功率小且損耗低的構(gòu)件，降低構(gòu)件自身形成的干擾因素。

在對(duì)設(shè)備與干擾線路進(jìn)行隔離時(shí)，要保證干擾線路不會(huì)平行于其他線路；若必須要平行，則需要加大導(dǎo)線間距，其間距L與直徑D的比值高于40；此外，要保持普通線路與干擾線路的合理間距，保證平行部位敏感線路和普通線路平行距離的合理性，并屏蔽高頻導(dǎo)線。由于高頻導(dǎo)線容易對(duì)線路干擾形成影響，針對(duì)強(qiáng)度較高的脈沖功率線路，要將其視為干擾線路提前預(yù)防，結(jié)合實(shí)際狀況，把電平低、功率小的數(shù)字電路歸為普通電路，做到具體問(wèn)題具體分析。

3.2 選用濾波與屏蔽技術(shù)

現(xiàn)階段，屏蔽技術(shù)包括磁屏蔽、電屏蔽與電磁屏蔽，通過(guò)導(dǎo)電材料和導(dǎo)磁制造屏蔽體，通過(guò)對(duì)電磁能量的減少，避免電磁干擾。在選用屏蔽技術(shù)時(shí)，需要考慮電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備性能、結(jié)構(gòu)與安裝環(huán)境的不同，選用相對(duì)合理的屏蔽材料與屏蔽手段，提高自動(dòng)化設(shè)備的抗電磁干擾水平。

同時(shí)，濾波技術(shù)主要由電感、電阻和電容共同構(gòu)建而成，可以準(zhǔn)確判斷信號(hào)頻率，對(duì)干擾電流加以抑制，提取有效的信號(hào)頻率分量，避免干擾頻率分量的通過(guò)，防止出現(xiàn)串?dāng)_現(xiàn)象，按照C＝1/f計(jì)算選取去耦電容值（10MHz取0.1uf），合理控制電容的高頻特性，降低電磁干擾。濾波器的應(yīng)用，能夠處理輻射干擾與傳導(dǎo)干擾，在接受機(jī)的輸入端、發(fā)射機(jī)輸出端，安裝合理的電磁干擾濾波器，通過(guò)過(guò)濾干擾信號(hào)，提高電磁的兼容性。

3.3 對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備實(shí)施接地處理

在設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)時(shí)，需要對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備實(shí)施接地措施，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。接地處理技術(shù)可以對(duì)接地電壓進(jìn)行合理控制，保證其安全性能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備與電力系統(tǒng)的安全性與可靠性，將干擾電流適當(dāng)導(dǎo)入地下，防止電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備與線路間出現(xiàn)互相干擾。

其中，接地處理技術(shù)主要包括地線設(shè)計(jì)技術(shù)及電源內(nèi)阻分析技術(shù)，在配置參數(shù)的過(guò)程中，地線設(shè)計(jì)技術(shù)起決定性作用，在電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備與電磁兼容技術(shù)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)作提供保障。所以，要注意保持高頻信號(hào)輸出的低頻率，如果信號(hào)功率輸出過(guò)大，則需要采取降頻措施，利用S＝S底＋L外×2＋16計(jì)算接地面，最大化降低設(shè)備與線路的互相干擾，在使用布線技術(shù)之前，要嚴(yán)格控制分布參數(shù)的合理性。

電源內(nèi)阻分析技術(shù)是以電源最大瞬時(shí)功率的分析為基礎(chǔ)，將小電阻的導(dǎo)電通路建立在系統(tǒng)接地面和選定點(diǎn)間，相接地面，屬于地面的重要參考點(diǎn)。接地處理技術(shù)按照隔離大小功率與高低頻系統(tǒng)的規(guī)范要求，視電力系統(tǒng)內(nèi)電位與電阻為零，以此為依據(jù)，參考電路信號(hào)。通過(guò)接地處理方式的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)干擾電流對(duì)地面的導(dǎo)入，合理控制電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備與線路間的互相干擾。

3.4 電纜設(shè)計(jì)

（1）在使用電纜時(shí)，需要結(jié)合情況的不同選用合理的絞線結(jié)構(gòu)，重視電路的接地，在相關(guān)條件下采用雙絞線，在接地處理時(shí)，防止出現(xiàn)地線壞路現(xiàn)象。

（2）安裝過(guò)程中對(duì)同軸電纜的使用，需要重視外層連接端口與兩端閉合線路的回路現(xiàn)狀，防止外層外形成的第二條回路路徑，以促進(jìn)電磁抗干擾水平的提升。

（3）安裝過(guò)程中對(duì)電纜的使用，要保證與屏蔽體開(kāi)口、縫隙距離的合理性。

（4）要將鐵氧體磁環(huán)安裝在電纜中，結(jié)合具體狀況，將纏繞在電纜上方的鐵氧體磁環(huán)的導(dǎo)線匝數(shù)進(jìn)行合理調(diào)解。

3.5 方案設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)接口電路時(shí)，選用平衡電路，若有必要可采取相應(yīng)對(duì)策，提升電路的抗干擾水平。

（2）降低電路中對(duì)高速脈沖信號(hào)的使用，如果必須要使用，則保證信號(hào)上升和下降的穩(wěn)定性，保持模擬電路帶寬窄度的合理性。

（3）硬件電路板需要采用規(guī)模大的集成電路，適當(dāng)縮小回路面積，降低發(fā)射率，提高抗干擾水平。

（4）明確電路系統(tǒng)中的重點(diǎn)電路，即高敏感性電路、強(qiáng)干擾源電路，采取隔離策略，繞開(kāi)電路干擾源。

（5）在施工過(guò)程中，要遵循“因地制宜”的原則，合理設(shè)計(jì)地線，繪制地線圖。參考電路性質(zhì)的差異性，繪制相應(yīng)設(shè)計(jì)圖，并將相關(guān)符號(hào)標(biāo)記在其中。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，在電力系統(tǒng)中，自動(dòng)化設(shè)備得到廣泛應(yīng)用，電磁兼容性問(wèn)題隨之出現(xiàn)。要求研究人員加大對(duì)電磁兼容技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)，構(gòu)建成熟的試驗(yàn)體系，對(duì)電磁兼容問(wèn)題展開(kāi)研究。國(guó)家方面需要提供資金保障，在豐富電磁兼容理論的同時(shí)，研發(fā)新型配套產(chǎn)品。由于我國(guó)電磁兼容技術(shù)的起步過(guò)晚，因而更需要及時(shí)掌握時(shí)機(jī)，明確電磁兼容技術(shù)的發(fā)展方向，積極采取切實(shí)可行的發(fā)展措施，從而促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展。

[1]馬濤.電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的電磁兼容技術(shù)[J].黑龍江科學(xué)，2013，4（9）：131～133.

[2]侯 磊.電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的電磁兼容技術(shù)[J].民營(yíng)科技，2014（12）：296～297.

[3]李珠海.電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的電磁兼容技術(shù)[J].中國(guó)鄉(xiāng)村醫(yī)藥，2015（21）：154～155.

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1004-7344（2016）21-0044-02

2016-7-10