电力通信设备的电磁兼容性要求说明

电力通信设备的电磁兼容性要求电力通信设备的电磁兼容性要求 汤效军 韩天行发布时间：2009-5-14 18:01:00 (国网南京自动化研究院 电力工业通信设备质检中心,江苏 南京 210003) 摘要:本文通过对电力通信设备电磁兼容性的分析,提出了对电磁兼容性进行不同等级,不同判据和不同项目的对 待方式.并结合国家电网公司企业标准电网通信设备电磁兼容性能规范的编写,提出了对电力通信设备电磁 兼容性能的一般性规范要求.本文提出的论点对我国电力通信设备电磁兼容性能的设计,检测和运行要求具有一 定的参考价值. 关键词:电磁兼容 电力通信 规范 0 引言 目前,我国电力通信事业伴随着电力工业的蓬勃发展而快速成长,电力通信领域在国家电网公司努力打造“一 强三优“现代公司的宏伟目标下,正在逐步实现技术上数字化,应用上网络化和运行上规范化.针对电力通信专 业标准体系架构导则,国家电网公司已下达了电网通信设备电磁兼容性能规范企业标准的编制任务,该项 标准的制定将规范电力通信设备的电磁兼容技术要求,为保证电力系统安全,可靠运行奠定基础. 电力通信设备 的电磁兼容问题由来已久,以前曾经出现过电力通信设备开关电源在生产调试过程中产品技术性能正常,一旦安 装到电力系统的变电站投入运行后,经常出现不正常的工作状态,如开关电源发生保护,自行切断供电的情况.更 为严重的是某省电网在 500kV 双回线系统中一路出现接地短路故障时,另一回路上工作的国外高频保护通信设备 收到干扰信号,错发继电保护跳闸信号,导致电力系统故障的扩大.以上的现象都是由于设备的电磁兼容性不符合 要求所致.要求我们应尽早规范电力通信设备电磁兼容性的技术要求. 1 对电力通信设备电磁兼容性的认识 所谓电磁兼容性-EMC(Electromagnetic compatibility)包括两个方面的含义,即设备或系统产生的电磁发 射,不致影响其它设备或系统的功能;而本设备或系统的抗干扰能力,又足以使本设备或系统的功能不受其它干扰 的影响1.我们对任何可能引起装置,设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象 称为电磁骚扰(Electromagnetic disturbance),而对电磁骚扰引起的设备,传输通道或系统性能的下降称为电磁 干扰(Electromagnetic interference).减少电磁干扰的方法则是针对干扰的三要素,从抑制干扰源,切断干扰传 播途径,提高干扰受体的抗扰度水平出发来采取各种措施,如屏蔽,滤波和接地等方法. 电磁骚扰随处可在,但对处于变电站强电磁环境下的设备,其承受的电磁干扰将更加严重.而变电站的电力通 信设备由于其发信支路工作于功率发送状态,极易产生电磁骚扰;而收信支路又工作于弱信号检测状态,将更容易 成为被干扰对象而造成该设备工作性能下降或停止工作.这一点使电力通信设备比其它电力自动化设备的电磁兼 容性要求更为严格和重要. 电力通信设备是电力系统运行设备的一个部分,在讨论其电磁兼容问题时,不应该把 它孤立地作为一个电子设备来进行,而要结合电力系统的电磁环境进行综合,全面地考虑.研究电力通信设备的 中国电机工程学会电力通信专委会第七届学术会议投稿 电磁兼容性能,最终的目的是提高其抵御各种电磁干扰的能力,同时降低设备对周围其它设备的干扰 程度,从而提高系统运行的可靠性.然而,设备抗干扰性能的提高并不是无限度的,无论是从技术上 还是经济上都是不现实的.从电力系统这一总体电磁环境角度出发,只有在对干扰源以及干扰耦合途 径进行深入研究的基础上,对电力通信设备所处的电磁环境进行合理的评估,才能对其抗干扰性能提 出合理的要求,并在此基础上研究提高其抗干扰能力以及抑制其所产生干扰的程度2. 2 电磁兼容的标准体系现状 电磁兼容的标准体系是由基础标准,通用标准,产品类标准和产品标准所组成,其结构示意图见图 13. 国际上主要的相关电磁兼容标准机构是国际电工委员会,其下属的国际无线电干扰特别委员会(法文简写 CISPR 负责 9kHz 频率以上电磁兼容标准,主要是电磁发射部分,而 IEC TC77 技术委员会负责 9kHz 以下的电磁兼容标准, 主要是抗扰度部分.但是由于 CISPR 组织成立较早,实际上标准内容有所交叉.国际电工委员会 IEC 标准发布的电 磁兼容标准体系中的基础标准有 IEC/CISPR 16 无线电骚扰和抗扰度测量设备规范和测量方法和 IEC 61000-4 电 磁兼容(EMC)试验与测量技术两个系列标准,该两个系列标准已成为制定各种电气产品电磁兼容标准的依据. 我国电力行业中远动系统及设备采用的电磁兼容标准主要是 GB/T 17626 系列标准,其中继电保护设备主要 采用 GB/T 14598 系列标准中有关电磁兼容标准的部分.对于通信设备,现阶段执行的电磁兼容标准有 GB/T 17626 系列标准国家标准和信息产业部的有关标准,这些标准有: GB/T 17626.2 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验 GB/T 17626.3 电磁兼容试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验 GB/T 17626.4 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 GB/T 17626.5 电磁兼容试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验 GB/T 17626.6 电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度 GB/T 17626.8 电磁兼容 试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验 GB/T 17626.9 电磁兼容 试验和测量技术 脉冲磁场抗扰度试验 GB/T 17626.10 电磁兼容 试验和测量技术 阻尼振荡磁场抗扰度试验 GB/T 17626.11 电磁兼容试验和测量技术 电压暂降,短时中断和电压变化的抗扰度试验 GB/T 17626.12 电磁兼容 试验和测量技术 振荡波抗扰度试验 GB 19286-2003 电信网络设备的电磁兼容性要求及测量方法 YD/T 968-2002 电信终端设备电磁兼容性要求和测量方法 YD/T 993-2006 电信终端设备防雷技术要求及试验方法 YD/T 983-1998 通信电源设备电磁兼容性限值及测量方法 GB 9254-1998 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法 GB/T 17618-1998 信息技术设备抗扰度限值和测量方法 此外,还有一些电力通信相关的产品或产品类标准中包含了电磁兼容的测试内容,如: GB/T 7255-1998 单边带电力线载波机 GB/T 15153.1-1998 远动设备及系统 第 2 部分:工作条件 第 1 篇:电源和电磁兼容性 DL/T 698-1999 低压电力用户集中抄表系统技术条件 中国电机工程学会电力通信专委会第七届学术会议投稿 由以上标准列表可见,电力通信行业电磁兼容标准还处于缺乏统一规范的状态,在产品标准的电磁兼容内容 中可能还存在测试项目的选择不合理,试验级别和结果判定方法未定义或者不适用等问题.因此,这次国家电网公 司关于电网通信设备电磁兼容性能规范企业标准的编制任务就是要解决上述问题. 3 电磁兼容主要测试项目 电磁兼容性能试验包括电磁发射和抗扰度试验两部分. 抗扰度试验根据电磁兼容的 GB/T 17626 系列基础标 准,电磁兼容不同的测试项目针对不同类型的电磁骚扰形式.我们可按照骚扰源作用的时间分为瞬态波骚扰 源和连续波骚扰源两种.下面将一些常用的试验项目分别做一简述4. (1) 抗瞬态波骚扰源的试验项目有: 静电放电抗扰度:检查人或物体在接触设备时所引起的放电(直接放电),以及人或物体对设备邻近物体的放 电(间接放电)时对设备工作造成的影响. 电快速瞬变脉冲群抗扰度:模拟电网中众多的机械开关在切换电感性负载时或继电器触点弹跳时所产生的干 扰. 浪涌(冲击)抗扰度:模拟自然界里的雷击(间接雷)以及供电线路中因大型开关切换所引起的单极性浪涌冲击 对设备的影响. 脉冲磁场抗扰度:雷击在金属结构中产生的浪涌电流或电力系统故障的起始暂态所引发的磁场,这类磁场与 其产生源一样是脉冲型的. 阻尼振荡磁场抗扰度:阻尼振荡磁场是由高压变电站的隔离刀闸切合高压母线产生的,设备在运行状态下接 受此项试验.本项不包括电缆或现场其它设备通过感性或容性耦合而引起的骚扰. 电压暂降,短时中断和电 压变化抗扰度:电压暂降,短时中断是由电网,电力设施的故障突然出现大的变化引起的,在某些情况下,会出 现两次或更多次连续的暂降或中断.电压变化是由连接到电网的负荷连续变化引起的. 振荡波抗扰度:由隔离刀闸操作可引起振荡波,振荡波分单次(振铃波)和阻尼振荡的脉冲群(阻尼振荡波)两 种. (2) 抗连续波骚扰源的试验项目有: 射频电磁场辐射抗扰度:考核 80MHz1000MHz 频率范围的辐射电磁场对运行设备的影响. 射频场感应的传导骚扰抗扰度:考核 0.15MHz80MHz 频率范围的辐射电磁场产生的传导骚扰对设备的影响. 谐波和谐间波:谐波是处于基波频率整数倍处的电磁骚扰,而谐间波是出现在非基波频率整数倍处的连续的 信号成分,对设备的影响. 工频磁场抗扰度:用于模拟在输电线或母线附近由于流过大电流所产生的工频强磁场对电子设备(尤其是带 有磁敏元件的设备)产生的影响. 射频场感应的传导骚扰抗扰度:考核产品或设备通过电缆线耦合外界 9kHz80MHz 电磁骚扰后能否保持正常 工作状态的能力. 电磁发射试验是测量设备在 150kHz1GHz 范围内对向外界辐射的无线电骚扰电平的限值. 以上各不同测试项目分别针对不同的电磁骚扰类别,对于不同的电力通信设备应合理地选择相应的测试项目. 4 电力通信设备的端口 电力通信设备种类繁多,但其共性均为通过不同的端口实现通信及其功能.为此,有必要对电力通信设备的端 口进行定义,并按照其端口的类别提出电磁兼容测试项目及指标要求.电力通信设备的中国电机工程学会电 力通信专委会第七届学术会议投稿 电源端口:电力通信设备的交流或直流电源的输入口. 外壳端口:电磁场可能辐射或冲击通过的电力通信设备的物理边界. 功能地端口:电力通信设备上的除了以电气安全为目的之外的与大地连接的端口. 输入端口:用于与其它电力通信设备连接输入信号,以实现其功能的端口. 输出端口:用于电力通信设备输出所产生的信息的端口. 我们建议对电力通信设备各个端口按照如下试验项目提出电磁兼容性的参数指标要求: 对于电源端口和输入输出端口,建议做射频场感应的传导骚扰抗扰度,电快速瞬变脉冲群,振荡波抗扰度,浪 涌(冲击)抗扰度. 对于有功率输出的输出端口,建议加做无线电骚扰限值. 对于功能地端口,建议做射频场感应的传导骚扰抗扰度,电快速瞬变脉冲群. 对于外壳端口,建议做射频电磁场辐射抗扰度,静电放电抗扰度,辐射发射,传导发射,有磁敏元件时加做工频 磁场抗扰度. 5 严酷等级要求 电力通信设备的运行环境大致可分为两种情况. A 类环境指严酷的工业环境,具有以下特点: (1) 由继电器和接触器控制的电源,控制和功率回路中对电快速瞬变/脉冲群没有抑制. (2) 工业线路与其它处于严酷等级更高的环境中的线路之间没有隔离. (3) 电源,控制,信号和通信电缆之间没有隔离. (4) 控制线和信号线使用同一个公共的多芯电缆. 电力系统中的户外设备如没有采取特别措施的发电厂,户外高压变电站的配电厂地和运行电压达 500kV 的气 体绝缘开关,都属于此类环境的典型例子. B 类环境指典型的工业环境,具有以下特点: (1) 在用继电器(无接触器)开断的电源和控制回路中对电快速瞬变/脉冲群没有抑制. (2) 工业线路与其它处于严酷等级更高的环境中的线路之间有不完善的隔离. (3) 电源,控制,信号和通信有专用的电缆. (4) 电源,控制,信号和通信电缆之间有不完善的隔离. (5) 主要由(连结到保护接地系统的)电缆支架中的导电管,接地导体,以及接地网组成的接地系统. 电力系统中的户内设备,发电厂及露天高压变电站的继电保护室都属于此类环境的典型例子. 根据电力通信设备所处的运行环境,应考虑提出不同的电磁兼容试验级别.例如,静电放电抗扰度,电快速瞬 变抗扰度,射频电磁场辐射抗扰度等.一般在 B 类环境下需要满足 3 级严酷等级要求,而在 A 类环境下需要满 足 4 级严酷等级要求. 6 判定条件要求 电磁兼容试验结果的评定条件分为四类: (1) A 类:在技术要求限值内性能正常; (2) B 类:功能或性能暂时降低或丧失,但能自行恢复; (3) C 类:功能或性能暂时降低或丧失,但需操作者干预或系统复位; (4) D 类:因设备(元件)或软件损坏,或数据丢失而造成不能自行恢复至正常状态的功能降低或丧失. 显然,上述四种结果中,A 类结果可判定为合格,D 类结果判定为不合格.B 类和 C 类结果应根据电力通信设备 传输的信息重要性不同,来予以确定. 电力通信设备由于在通信网络中所处的位置不同,传输的信息重要性 不同,其对于电磁兼容试验结果的判定条件也需要区别对待.建议对于传输继电保护信号和有传输时间实时 性要求的设备按照 A 类判据,工作于电力通信网络中心位置的设备按照 A 类或者 B 类判据,而工作与电力通 信网络边缘位置的设备按照 B 类或者 C 类判据. 7 结 束 语 电磁兼容概念是近几年国内普遍开始关注的热点,电力通信设备的电磁兼容性更是在电网运行中占据着举足 轻重的重要地位,它的性能优劣将直接影响到电网的安全稳定运行.目前电力通信技术领域还没有一个有针 对性的电网通信设备电磁兼容性能的通用标准,因此,本文所提出的内容将对电力通信设备的电磁兼容性能 要求具有普遍的实用价值.下面有几点需要特别说明,以便于在电力通信设备研发,生产,检测和招标中注意: (1) 电磁兼容试验的结果由于其在试验过程中可能的影响因素比