電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備中電磁兼容技術(shù)的應(yīng)用

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電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，涉及自動(dòng)并列裝置、勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、自動(dòng)調(diào)頻裝置、重合閘等相關(guān)自動(dòng)化設(shè)備，這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)較為復(fù)雜，可能會(huì)出現(xiàn)電路故障、脈沖信號(hào)干擾等問(wèn)題，影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。技術(shù)人員以及系統(tǒng)管理人員應(yīng)當(dāng)基于電磁兼容技術(shù)給出相應(yīng)的優(yōu)化與解決方案，使整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部的抗干擾能力得到全面強(qiáng)化。

1 電磁兼容技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備當(dāng)中的應(yīng)用價(jià)值

1.1 減少電磁波造成的干擾

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的廣泛應(yīng)用，其面臨的電磁環(huán)境（EME）同樣也日趨復(fù)雜，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)設(shè)備造成相應(yīng)的干擾。一般來(lái)說(shuō)，電磁波干擾主要分為內(nèi)部干擾以及外部干擾兩種，內(nèi)部干擾主要指的是工作電源漏電、信號(hào)耦合、導(dǎo)線互感等情況產(chǎn)生的干擾，而外部干擾主要指的是自動(dòng)化設(shè)備外部運(yùn)行環(huán)境如外部電壓、大功率設(shè)備磁場(chǎng)以及空間電磁波造成的干擾等。通過(guò)電磁兼容技術(shù)的應(yīng)用，能夠進(jìn)一步減少電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中造成的相對(duì)干擾，提升系統(tǒng)設(shè)備電磁兼容性水平。

1.2 強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性

通過(guò)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備當(dāng)中對(duì)電磁兼容技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，能夠顯著強(qiáng)化設(shè)備對(duì)于電磁環(huán)境的適應(yīng)與抗干擾能力，進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的兼容穩(wěn)定性以及運(yùn)行穩(wěn)定性。另外，依托電磁兼容技術(shù)還能對(duì)自動(dòng)化設(shè)備所在的電磁環(huán)境進(jìn)行全面凈化，規(guī)避電磁污染的影響，提升自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行效率。

1.3 保障計(jì)算機(jī)信息的正常傳輸

電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行往往由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，而相關(guān)數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸對(duì)于系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行具有關(guān)鍵性作用[1]。依托電磁兼容技術(shù)，能夠確保計(jì)算機(jī)信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性與可靠性，減少信息偏差與錯(cuò)漏，使自動(dòng)化設(shè)備能夠更加精準(zhǔn)地按照計(jì)算機(jī)決策和指示開展相關(guān)工作，為推動(dòng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行水平的進(jìn)步提供支持。

2 電氣自動(dòng)化設(shè)備中電磁兼容技術(shù)的應(yīng)用要求

2.1 依托濾波器進(jìn)行干擾抑制

在電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，采用濾波器對(duì)電磁干擾進(jìn)行抑制是電磁兼容技術(shù)的首要應(yīng)用方向。在設(shè)備運(yùn)行的電磁干擾當(dāng)中，主要涵蓋了差模干擾以及共模干擾兩方面內(nèi)容，其中差模干擾幅度較小，頻率較為低下，而共模干擾幅度較大，頻率較高，為盡可能減少電磁干擾對(duì)整個(gè)電路造成的威脅，技術(shù)人員可針對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)引進(jìn)EMI濾波器，使電路當(dāng)中電流產(chǎn)生的磁通得到相互抵消，確保線圈電感值穩(wěn)定不變，使電路當(dāng)中的差模干擾信號(hào)以及共模干擾信號(hào)實(shí)現(xiàn)有效衰減，提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

由于EMI濾波器具有一定的互異性特征，因此在接入電路的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)遵循因地制宜的原則，針對(duì)其參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，使濾波器對(duì)于干擾信號(hào)的衰減能力達(dá)到相應(yīng)要求。具體來(lái)說(shuō)，技術(shù)人員應(yīng)按照以下公式對(duì)EMI濾波器進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。

A=-101g（1-|Γ|2）

式中，A為EMI濾波器在自動(dòng)化電路當(dāng)中的干擾信號(hào)衰減能力，Γ為EMI信號(hào)在自動(dòng)化電路當(dāng)中產(chǎn)生的反射情況。通過(guò)對(duì)濾波器進(jìn)行接入和調(diào)節(jié)，能夠使系統(tǒng)內(nèi)部的電磁干擾得到顯著抑制，使電路設(shè)計(jì)目標(biāo)得到相應(yīng)落實(shí)。

2.2 針對(duì)電路進(jìn)行有效隔離

通過(guò)電路隔離設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)一步降低系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的RE，使設(shè)備運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中的電磁環(huán)境狀態(tài)更加穩(wěn)定高效。在進(jìn)行電路隔離設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)考慮到EMC測(cè)試認(rèn)證相關(guān)要求，基于CISPR11/EN55011、CISPR22/EN55022等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件當(dāng)中的要求對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化與考量?，F(xiàn)階段，常見的電路隔離技術(shù)包括分立式電容安裝技術(shù)、嵌入式電容安裝技術(shù)、低輻射隔離器封裝技術(shù)等手段和措施，技術(shù)人員以及設(shè)計(jì)人員可結(jié)合電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，以及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行合理選擇，從而將CM電流傳輸控制在最小范圍內(nèi)，同時(shí)還能結(jié)合電磁抗干擾工作的相關(guān)要求，針對(duì)某一信號(hào)特征當(dāng)中的噪聲濃度進(jìn)行有效處理，實(shí)現(xiàn)電磁兼容問(wèn)題的改善目標(biāo)。

2.3 結(jié)合實(shí)際選定干擾屏蔽策略

基于上文能夠得知，電力系統(tǒng)內(nèi)部的自動(dòng)化設(shè)備類型較為豐富，運(yùn)行環(huán)境較為多元，對(duì)于電磁干擾的處理要求同樣也各有不同，因此為了更好地解決電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備面臨的電磁兼容問(wèn)題，進(jìn)一步強(qiáng)化自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行效率與穩(wěn)定性，技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際合理選用電磁干擾屏蔽策略，使其能夠有效契合自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行特征。

具體來(lái)說(shuō)，影響自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容性能的公式為：

N（ω）=G（ω）C（ω）/I（ω）

式中，N（ω）為電磁環(huán)境對(duì)于自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)生的影響，G（ω）為電磁干擾的強(qiáng)度，C（ω）為電磁信號(hào)干擾系數(shù)，I（ω）為電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備對(duì)于復(fù)雜電磁環(huán)境下干擾情況的抵御能力。因此，在針對(duì)電磁干擾屏蔽隔離方案進(jìn)行構(gòu)建與設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)分別針對(duì)上述指標(biāo)數(shù)據(jù)展開分析和處理，使最終選定的解決方案能夠更好地落實(shí)其預(yù)期設(shè)計(jì)要求以及設(shè)計(jì)目標(biāo)，推動(dòng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行效率的不斷進(jìn)步[2]。

3 解決電力自動(dòng)化設(shè)備電磁兼容問(wèn)題的主要措施

為更加有效地解決電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下所面臨的電磁兼容問(wèn)題，強(qiáng)化設(shè)備兼容性能以及運(yùn)行效果，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)基于以下幾方面內(nèi)容展開針對(duì)性工作，使復(fù)雜環(huán)境下的電磁干擾得到充分控制。

3.1 設(shè)備固有頻率的校準(zhǔn)與信號(hào)獲取

作為電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中所表現(xiàn)出的首要特性，其不同運(yùn)行狀態(tài)下的頻率特征可能會(huì)存在一定的差異，因此通過(guò)對(duì)設(shè)備固有頻率進(jìn)行校準(zhǔn)并針對(duì)設(shè)備運(yùn)行信號(hào)進(jìn)行捕捉與獲取，能夠使信號(hào)傳輸流程更加準(zhǔn)確高效，有效減少信號(hào)干擾給自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行流程當(dāng)中產(chǎn)生的負(fù)面影響，強(qiáng)化決策指令的針對(duì)性與有效性。

自動(dòng)化設(shè)備控制中心需要采用一致化的頻率元器件，并結(jié)合數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)做好電路內(nèi)部的電平核實(shí)、頻率設(shè)計(jì)及諧波分離等相關(guān)工作，使自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中的信息反饋能夠更加直觀地為技術(shù)團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)提供參考信息。與此同時(shí)，在針對(duì)設(shè)備頻率信號(hào)進(jìn)行捕捉與獲取的過(guò)程當(dāng)中，技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)關(guān)注到設(shè)備運(yùn)行信號(hào)的類別與形態(tài)，從而針對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行更加便捷地獲取，使技術(shù)團(tuán)隊(duì)能夠及時(shí)有效地掌握電磁信號(hào)內(nèi)容。

3.2 合理開展電路接地設(shè)計(jì)

作為電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中抗電磁干擾的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)手段，做好電路的接地設(shè)計(jì)，能夠充分有效地抑制設(shè)備運(yùn)行時(shí)可能面臨的內(nèi)外干擾特征，相較于其他抗干擾技術(shù)手段而言，開展電路接地設(shè)計(jì)工作，具有效果良好、成本低廉、應(yīng)用便捷等優(yōu)勢(shì)，適宜進(jìn)行推廣。

一般來(lái)說(shuō)，在電路接地設(shè)計(jì)領(lǐng)域當(dāng)中，按照其接地方法以及接地作用主要可分為保護(hù)性接地以及功能性接地等兩種主要方法，其中抗干擾接地設(shè)計(jì)屬于功能性接地設(shè)計(jì)當(dāng)中的一項(xiàng)重要組成部分。通過(guò)采用單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地或混合接地的形式能夠進(jìn)一步減少電路當(dāng)中的自動(dòng)化設(shè)備受電磁信號(hào)干擾所產(chǎn)生的影響，提升電路內(nèi)部自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行效率以及運(yùn)行狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，單點(diǎn)接地主要適用于頻率≤1MHz的抗干擾設(shè)計(jì)項(xiàng)目當(dāng)中，而多點(diǎn)接地則一般適用于頻率≥30MHz的自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行環(huán)境當(dāng)中。

在針對(duì)電路接地抗干擾方案進(jìn)行設(shè)計(jì)與規(guī)劃的過(guò)程當(dāng)中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)遵循適應(yīng)性的編組與設(shè)計(jì)原則，將功率以及運(yùn)行電平表現(xiàn)較為一致的設(shè)備進(jìn)行編組設(shè)計(jì)，并合理選定差異化的接地策略以及接地方案，使接地抗干擾技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得到進(jìn)一步展現(xiàn)與發(fā)揮。

3.3 選用高質(zhì)量的電源組

作為直接連接自動(dòng)化設(shè)備與能源網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)，電源組在電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中同樣也會(huì)產(chǎn)生一定的干擾，制約設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行效率以及運(yùn)行質(zhì)量[3]。因此，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際選擇更加高質(zhì)量的電源組，使系統(tǒng)當(dāng)中可能存在的EMI以及EMC問(wèn)題得到合理解決。在針對(duì)電源組進(jìn)行選擇和應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及技術(shù)人員應(yīng)主要關(guān)注以下幾方面內(nèi)容。

首先應(yīng)當(dāng)明確電源開關(guān)頻率帶來(lái)的信號(hào)衰減問(wèn)題，在針對(duì)電源組進(jìn)行選用之前，需要針對(duì)電源開關(guān)電路開展傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試，針對(duì)30MHz至100MHz頻率之間電源開關(guān)電路的諧波輻射信號(hào)進(jìn)行測(cè)定，從而直觀掌握開關(guān)電路信號(hào)的脈沖邊緣，使EMI處理方案更具針對(duì)性與有效性。

其次，設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到散熱元件所帶來(lái)的共模噪聲。在自動(dòng)化設(shè)備電源組運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，需要針對(duì)性配置相關(guān)散熱元件，從而使其運(yùn)行性能能夠達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。但從電氣設(shè)備散熱元件的正常運(yùn)行狀態(tài)來(lái)看，其同樣會(huì)產(chǎn)生一定的共模干擾信號(hào)，為進(jìn)一步減少散熱元件造成的耦合干擾，在進(jìn)行電源組設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)針對(duì)散熱元件的布局進(jìn)行全面優(yōu)化，并采用絕緣材料制成靜電屏蔽板，放置于散熱元件之間，使其內(nèi)部可能發(fā)生的耦合干擾現(xiàn)象得到更加充分地控制，使電磁干擾得到進(jìn)一步規(guī)避。

最后，電源組設(shè)計(jì)和選擇過(guò)程當(dāng)中，還應(yīng)當(dāng)做好電流泄漏的控制工作，并針對(duì)電源組電路當(dāng)中接入的濾波設(shè)備進(jìn)行更加全面的調(diào)試，使其最終性能能夠達(dá)到自動(dòng)化設(shè)備電源組抗干擾工作需求，實(shí)現(xiàn)電源組設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.4 做好預(yù)埋線處理

在電力系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)化設(shè)備的布局和運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，為了適應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行環(huán)境，需要針對(duì)性做好預(yù)埋線的設(shè)計(jì)工作，相關(guān)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)考慮到電磁干擾現(xiàn)象造成的相關(guān)影響，并積極強(qiáng)化預(yù)埋線布局設(shè)計(jì)水平與質(zhì)量，合理選定預(yù)埋線的類別、預(yù)埋線施工模式以及預(yù)埋線數(shù)量，并在正式開啟運(yùn)行之前，針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)埋線運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面測(cè)試，使自動(dòng)化設(shè)備整體抗干擾能力得到不斷進(jìn)步，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供更加充分的技術(shù)支持。

3.5 適當(dāng)進(jìn)行降頻控制

電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中涉及的自動(dòng)化設(shè)備類別較為豐富，運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行需求較為多樣，因此對(duì)于其系統(tǒng)內(nèi)部的整體抗干擾設(shè)計(jì)工作提出了一定的挑戰(zhàn)。為了更好地適應(yīng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備抗干擾要求，提升系統(tǒng)電磁兼容性能，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際針對(duì)自動(dòng)化設(shè)備適當(dāng)進(jìn)行降頻控制工作，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期抗干擾設(shè)計(jì)目標(biāo)。在構(gòu)建頻率控制方案之前，需要針對(duì)調(diào)制指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，具體公式如下：

B=Δf/fm

式中，B為電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備頻率調(diào)制指數(shù)，Δf為自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行頻率的變化幅度，fm為調(diào)制頻率數(shù)值，通過(guò)對(duì)調(diào)制指數(shù)進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證過(guò)后，能夠更加準(zhǔn)確地掌握設(shè)備運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中可能面臨的電磁干擾閾值，從而提升其控制效果以及抗干擾設(shè)計(jì)效果，使電力系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)得到進(jìn)一步提升。

3.6 優(yōu)化電路板設(shè)計(jì)方案

作為系統(tǒng)運(yùn)行控制的關(guān)鍵性元件，針對(duì)PCB電路板的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面優(yōu)化成為降低電磁干擾影響，提升電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量的重要手段，技術(shù)人員以及設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分掌握電路板內(nèi)部可能存在的各項(xiàng)電磁干擾源，并針對(duì)其微處理器、電源供電以及基本回路等相關(guān)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面優(yōu)化，合理控制PCB電路板的尺寸參數(shù)以及電路布局形態(tài)，減少電磁信號(hào)傳輸過(guò)程當(dāng)中噪聲的影響。另外，在基于PCB電路板進(jìn)行走線設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)盡可能遵循隔離走線、短接線的設(shè)計(jì)原則以及設(shè)計(jì)要求，并減少信號(hào)走線的分支。

綜上所述，隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，如何強(qiáng)化電力設(shè)備運(yùn)行效率，減少單位環(huán)境當(dāng)中的電磁干擾，提升系統(tǒng)電磁兼容性能已成為技術(shù)人員需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)到電磁干擾可能給系統(tǒng)設(shè)備造成的影響，并結(jié)合電路設(shè)計(jì)要素以及運(yùn)行管理要素盡可能減少電磁信號(hào)噪聲，使設(shè)備的運(yùn)行更加安全穩(wěn)定。