預制式二次設備艙電磁屏蔽及接地方案分析

孫蓓俊

（南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司，江蘇 南京 211153）

預制式二次設備艙電磁屏蔽及接地方案分析

孫蓓俊

（南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司，江蘇 南京 211153）

預制式二次設備艙作為電力二次設備在戶外運行的載體，為內部的二次設備提供各類防護。對電磁干擾的屏蔽是艙體防護性能的重要環(huán)節(jié)。文章對預制式設備艙體電磁屏蔽的薄弱環(huán)節(jié)，如門縫隙、通風口、空調安裝間隙等進行了研究，并提出了解決電磁泄露的方案。同時，對預制式設備艙內外部接地方案進行了探討，對機柜與等電位接地網(wǎng)的連接方式進行了論述。

預制式設備艙；電磁屏蔽；接地

隨著智能電網(wǎng)技術的飛速發(fā)展，電力建設模式正日益發(fā)生變化，模塊化建設方案已成為變電站建設的新理念。其中，電力二次設備的模塊化建設主要采用預制式二次設備艙作為二次設備載體。

預制式二次設備艙是一種為電力二次設備提供可靠運行環(huán)境的箱式結構，其底座一般由各類熱軋型鋼整體焊接成型，作為設備承重的受力構件。艙體按材料和結構形式主要分為鋼結構艙、集裝箱艙、玻纖復合材料艙、玻璃鋼艙。各類型艙體對雨水、沙塵均具有良好的防護性能，運行單位也對艙體的防護等級非常重視。但對于艙體對內部設備的電磁屏蔽性能關注不夠。

由于預制式設備艙一般就近置于一次設備附近，變電站內各類型一次設備所產生的電磁干擾對艙內的二次設備正常運行存在不利影響，因此，預制式設備艙體的電磁屏蔽性能，是影響內部設備運行狀態(tài)的重要技術指標。同時，艙內設備的接地方式，也可有效減少電磁信號對設備的干擾。

1 電磁屏蔽的設計原則

1.1 電磁干擾的來源

電磁干擾的來源主要有高壓線路放電、大氣雷電、設備繼電器動作、變電站所開關動作、刀閘拉弧、主設備或輸電線路故障、直流及交流回路內設備的操作及現(xiàn)場運維人員的移動通信設備等[1]。

1.2 電磁干擾的傳播方式

電磁干擾主要的傳播方式有線路干擾和輻射干擾。對封閉的箱體而言，電磁干擾的傳播途徑主要是箱體的通風孔洞、門窗的縫隙、外設安裝的縫隙、外部線纜進線孔等。

1.3 電磁屏蔽設計的注意事項

通過對電磁干擾的來源和傳播途徑的分析，可知電磁屏蔽設計過程中，需要注意以下問題：（1）作為屏蔽體的結構件，應當盡量減少不必要的孔洞，避免增加額外的縫隙。（2）如果由于散熱等原因必須開孔，則孔洞的形狀應避免出現(xiàn)細長形，盡量開圓孔。如需保證開孔面積，應采用多開小孔的方式。（3）應當盡量保證屏蔽結構的電連續(xù)性，即應當使屏蔽結構各個零部件之間互相導電。（4）進入屏蔽結構的線纜要做好屏蔽措施，防止干擾由線纜進入屏蔽體內部。

2 預制式設備艙的電磁泄露點及處理方法

如前所述，按材料與結構形式，預制式設備艙分為鋼結構艙、集裝箱艙、玻纖復合材料艙、玻璃鋼艙。各類型預制式設備艙底部均為金屬材料整體焊接成型，電磁泄露點主要在艙底的進出線孔。

集裝箱艙的艙壁和艙頂均由壓型鋼板整體焊接，形成密閉的六面體金屬箱體，艙體的整體電磁屏蔽性能優(yōu)異。鋼結構艙外部圍護材料為非金屬水泥纖維板，為了形成與集裝箱艙類似的屏蔽箱體，需要在金屬龍骨與外部圍護板材之間，鋪設一層冷軋薄鋼板，鋼板之間的縫隙應采用焊接方式填充。玻纖復合材料預制式設備艙整體采用非金屬材料，在電磁屏蔽性能上天然具有劣勢，如需整體提升電磁屏蔽性能，則可采用在玻纖復合材料配方中加入鋁粉或鎂粉作為添加劑，提升材料的整體屏蔽性能。玻璃鋼艙內外部圍護材料也為非金屬材料，可采用在玻璃鋼內壁整體粘貼金屬屏蔽薄膜的方式，提高艙體電磁屏蔽性能。

無論何種艙型，均需要配置艙門、通風孔、空調，而艙門的縫隙、通風孔的孔洞、空調安裝的間隙都是電磁泄露的主要通道（見圖1），需要進行針對性的電磁屏蔽設計。

圖1 預制式設備艙電磁泄露關鍵點示意

如圖1所示，對于預制式設備艙上的通風孔的電磁泄露防護，可采用加裝金屬屏蔽罩的方式處理。金屬屏蔽罩的結構應當根據(jù)孔洞屏蔽效能的影響因素進行針對性的設計。影響孔洞屏蔽效能的因素主要有孔的最大尺寸、孔的深度、孔間距以及孔的數(shù)量，其中影響最大的是孔的最大尺寸和孔的深度。

由于屏蔽效能只與孔的最大尺寸有關，而與孔的面積并沒有直接關系，因此，應當盡量在艙體通風口的金屬屏蔽罩上開圓孔，在最大限度增大通風面積的前提下盡量減少孔的最大尺寸。

對于預制式設備艙門縫隙的電磁泄露防護，可采用在門與門框接觸位置加裝金屬導電簧片的方式，使門與門框直接形成電連續(xù)，從而避免門縫處產生的電磁泄露。

為了盡可能節(jié)約成本，在粘貼金屬導電簧片時，可采用間隔一定距離，斷續(xù)粘貼的方式。金屬簧片之間間隔的最小距離，應當小于電磁輻射波長的1/4。

對空調安裝過程中產生的縫隙，可采用在縫隙中關注可導電的密封膠，使空調外殼與艙體金屬封板之間產生電連續(xù)性。

另外，外部電纜通過艙體底部進出線孔進入艙內，也是電磁信號泄露的重要通道。因此，所有進出預制式設備艙的電纜均應使用屏蔽電纜，電纜的屏蔽層兩端接地。應嚴格避免使用電纜內的備用芯替代屏蔽層接地。電纜屏蔽層在進入預制式設備艙內屏柜后，應通過截面不小于4 mm2的專用多股軟銅線與屏柜內接地銅排連接。

3 預制式設備艙內外部接地方案介紹

對預制式設備艙體進行電磁屏蔽設計，是為了使艙內設備不受外部電磁信號的干擾。為了達到這一目的，除了加強艙體的電磁屏蔽性能，還可以通過優(yōu)化艙體及艙內設備接地方案的方式實現(xiàn)。

接地設施不僅可以為各種電氣設備提供一個公共的參考，而且在發(fā)生雷擊或故障時，能夠將雷電流或故障電流迅速散流，從而限制地電位升高，達到保證人身和設備安全的效果，因此，設備可靠有效接地是保障預制式設備艙內各類電氣設備安全穩(wěn)定運行的重要條件[2]。

預制式設備艙內的接地系統(tǒng)可分為一次接地與二次接地。預制式設備艙內設置有線纜夾層，用于艙內光纜、電纜的收納與走線，線纜夾層上方需要鋪設防靜電地板。在線纜夾層中，應按機柜布置的方向敷設截面積不小于100 mm2的專用銅排，將該專用銅排首末端連接，形成預制式設備艙內二次等電位接地網(wǎng)[3]。

預制式設備艙內所安裝的機柜內應設置一根或二根接地銅排。當機柜配置二根接地銅排時，其中一根應與機柜絕緣安裝，作為信號地。作為信號接地用的接地銅排需采用截面不小于100 mm2的銅帶（纜）與艙內二次等電位接地網(wǎng)連接，實現(xiàn)信號接地。柜內不絕緣的接地銅排應當通過接地線與柜體和預制式設備艙體可靠連接，實現(xiàn)安全接地。

艙內二次等電位接地網(wǎng)采用 4根以上截面積不小于50 mm2的銅帶（纜）與艙體底座一點連接。艙體底座外部四角分別設置一個接地點，在變電站現(xiàn)場，根據(jù)工程需要，選擇其中一個接地點，與艙外主地網(wǎng)一點連接，實現(xiàn)一次接地。

4 結語

預制式設備艙對內部電氣設備的防護不僅僅局限于對風雨沙塵的遮蔽，電磁屏蔽也是預制式設備艙的重要作用。在預制式設備艙電磁屏蔽設計過程中，首先遵循的原則是使預制式設備艙體成為連續(xù)導電的封閉箱體，在此基礎上對艙體表面的孔洞及縫隙進行封堵，對孔洞的封堵采用金屬屏蔽網(wǎng)，網(wǎng)眼開孔的原則是小而多，對門縫和其他設備的安裝間隙，采用填充導電簧片或其他導電材料的方式，實現(xiàn)各零部件的電連續(xù)。在提升預制式設備艙體屏蔽性能的基礎上，在艙內設置二次等電位接地網(wǎng)，優(yōu)化內部接地系統(tǒng)，可有效提升艙內各電氣設備運行狀態(tài)的穩(wěn)定性。

[1] 包安群，王佳.微機保護裝置機械結構設計中的電磁屏蔽措施[J].電力自動化設備，2001（7）：55-57.

[2] 張波，何金良，曾嶸.電力系統(tǒng)接地技術現(xiàn)狀及展望[J].高電壓技術，2015（8）：2569-2582.

[3] 國家電網(wǎng)公司基建部.Q/GDW 11157—2014預制式設備艙式二次組合設備技術規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2014.

Analysis on electromagnetic shielding and grounding scheme for prefabricated secondary equipment cabin

Sun Beijun
（Nanjing Guodian Nanzi Power Grid Automation Co., Ltd., Nanjing 211153, China）

The prefabricated secondary equipment cabin as a carrier for outdoor operation of secondary power equipment, providing various types of protection for internal secondary equipment. The shielding of electromagnetic interference is an important part of the protection of the cabin. In this paper, the weak points of the electromagnetic shielding of the prefabricated equipment cabin, such as the door gap, the vents, the gap of the air conditioning installation and so on are studied, and the solution to the electromagnetic leakage is proposed. At the same time, the scheme of grounding inside and outside the prefabricated equipment cabin is discussed, and the connection between the cabinet and the equipotential ground network is discussed.

prefabricated equipment cabin; electromagnetic shielding; grounding

孫蓓俊（1982— ），男，江蘇南京人，工程師，碩士；研究方向：電力系統(tǒng)自動化設計、研究、工程應用。