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沈阳工程职业学院课 程 论 文题 目:电磁兼容与电力系统自动化课 程: 电力系统自动化 姓 名: 王瑶 专 业: 电力系统及其自动化 班 级: 工业分析与检验 学 号: 指导教师: 林国栋 职称: 2011 年4 月19 日电磁兼容与电力系统自动化朱磊摘要：阐述了与现代电力系统自动化装置运行可靠性紧密相关的电磁兼容问题。结合我国情况指出当前的首要工作是建立和健全电磁兼容标准和配备试验手段。重点介绍了电力系统的主要电磁干扰现象和电磁兼容试验。关键词：电磁兼容 可靠性EMC标准ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY IN ELECTRIC POWER SYSTEM AUTOMATIONZhuLeiAbstract：This paper expounds the importance of electromagnetic compatibility in electric power system automation.It points out that the major tasks in this field in China are to continue, setting up and carrying out the EMC standards and the perfection of testing facilities. Emphasis is given to the introduction of power sys-tem related EM disturbances and the EMC tests.Key words: Electromagnetic compatibility reliabilit Reliability EMC standards1 电磁干扰电力系统，特别是发电厂与变电所，在正常和异常运行状态下都会产生或遭受到各种电磁干扰。例如高压电气设备的操作，低压交直流回路内电气设备的操作，短路故障等所产生的瞬变过程，电气设备周围的静电场和磁场、雷电、电磁波辐射、人体与物体的静电放电等。电能质量本质上也是一个电磁兼容问题，例如电压波动、电压突降和中断、电源频率变化、谐波等都会对电气、电子设备的正常运行构成干扰。而电气、电子设备本身由于其组成部分和局部电路的特性或者它们的工作信号也会形成干扰源，恶化电磁环境，影响其它设备或系统的正常工作。干扰能量可以通过多种途径从干扰源耦合到受干扰的没备或系统上，归纳起来可以分为传导和辐射两大类。传导是指干扰源和受干扰设备间通过互连的导线、互感及静电电容等而起的耦合作用；辐射则是指干扰源通过空阃电磁波的作用对被干扰对象产生干扰。图l是一台自动化装置所可能有的与外界发生联系的各种接口的示意图。通过这些接口，既可以从外界将干扰引入装置，也可以将装置发射的电磁能量（干扰）散播到外界去。 图1 自动化设备或系统的接口示例2 电磁兼容的意义和内容 电磁兼容技术(Electromagnetic Compatibility简称EMC)是以解决实践中的电磁干扰而出现并发展起来的一门新兴学科。从广义来说，电磁兼容要研究和解决的问题是电气、电子设备及系统以及人类或动植物在一个共同的电磁环境中的共存问题。它既包括电气、电子设备之问的相互干扰，也包括电磁环境对人和其他动植物的生理效应，核爆炸电磁脉冲的影响等。对于电气和电子设备来说，电磁兼容是指设备或系统在规定的电磁环境下不因电磁干扰而降低工作性能，它们本身所发射的电磁能量也不影响其他设备或系统的正常工作，从而达到互不干扰，在共同的电磁环境下一起执行各自功能的共存状态。因此，电磁兼容包括抗干扰（设备或系统抵抗电磁干扰的能力）和电磁发射控制（设备或系统发射的电磁能量的控制）两个方面。 由于电工与电子设备的迅速发展，电磁干扰的发射源和对电磁干扰敏感的设备激增，特别是应用微电子技术的设备已经渗透到各个领域，EMC已成为制约设备与系统性能的重要因素，普遍引起各国，尤其是工业发达国家的高度重视。EMC指标已成为标志设备与系统性能的主要方面，例如欧洲共同体12个国家已提议销售到欧共体的产品必须经过电磁兼容试验。因此有人说：产品的电磁兼容性是电子产品进入国际市场的通行证。 我国电力系统已大量采用了集成电路器件和微机构成的继电保护、自动装置和远动装置，这些装置在获取信息和传送信息的过程中，其触角伸向电力系统的各个角落，因而不可避免地要感受到外部电磁环境的影响。在电力系统应用半导体技术的初期，曾频繁地出现过因一次系统操作而导致继电保护误动的情况，后来已得到解决。近年来随着微电子技术的广泛采用，运行中又逐渐遇到一些新的干扰问题。例如发电厂内强工频磁场干扰计算机监控系统使屏幕显示器的画面扭曲变形和抖动；发、变电站内使用步话机时引起继电保护误动或误发信号，或是使发电机调速器和励磁调节器的调节量大幅度摆动。这些问题已引起各方面的重视。当然，还有许多影响继电保护与自动化装置运行可靠性的潜在干扰因素。 目前在发达国家里已形成了一套完整的EMC工作体系，包括理论研究、测试、规范标准及抗干扰技术等。我国电力系统以往虽进行了一些抗干扰研究工作，也制订了一些标准，但距现实需要和国际的差距仍很大。为了提高电力系统继电保护和自动化装置的可靠性，确保自动化新技术的顺利发展，并适应工程招标和国际市场与国际合作的需要，亟需加强EMC的研究和技术管理工作。 在电力系统内要进行的EMC工作是多方面的，主要有： (1)电力系统电磁环境电平的测试和分析研究 (2)专业设备抗干扰措施及电磁兼容性设计研究 (3)专业设备电磁兼容性规范、标准的研究和建立 (4)电磁兼容性测试和模拟技术的研究 (5) EMC试验设备和设施的建立 当前首要的工作是要制订专业设备的电磁兼容性规范、标准和建立相应的EMC试验设备与设施。通过对标准的执行贯彻，进一步推动抗干扰措施和电磁兼容性设计的研究和发展，从而进一步提高电力系统自动化装置与系统的工作可靠性。 下面重点介绍电力系统自动化设备的电磁兼容试验。3 电力系统自动化设备（或系统）的电磁兼容试验 电磁兼容试验是电磁兼容标准的核心内容。这里所说的电力系统自动化设备包括继电保护、自动控制、远动以及相关的通信设备和系统。3.1 试验的目的 和电磁兼容意义相对应，电磁兼容试验包括电磁敏感性试验和电磁发射测试两个方面。 电磁兼容试验的目的是：(1)评定被试设备在经受规定严酷等级的电磁干扰时的抗干扰性能；(2)确认被试设备不会发出超过规定电平的传导或辐射干扰。3.2试验项目及其意义 由于篇幅所限，本文主要就电磁敏感性试验和电磁发射测试两个方面，阐述了基本上可以反映被试设备的电磁兼容性能的试验项目的背景和意义，不准备详细介绍试验设备、试验方法和试验指标。至于什么设备要做什么试验则应按专业设备的特点而异。3. 2.1 电磁敏感性试验（抗干扰试验）(1)低频扰动试验低频扰动主要指的是设备的交流电源所受到的扰动，但有时也包括直流电源的扰动。谐波试验目的在于试验低压供电网中谐波对设备的影响。谐波主要由电气设备的非线性电压电流特性所产生，例如工业负荷中的大功率换流器、整流器、感应炉、电弧炉，居民生活中的电视机、萤光灯、可控硅控制的家电设备等。谐波的允许值以总畸变因数(THD)表示。当多次谐波同时出现时，总畸变因数为：以工频电压的百分数表示。式中：n为谐波次数，N可高达40次 分别为n次谐波与基波电压。试验方法是用一个谐波频率的连续波或一个由多次谐波组合成的连续波，按THD的要求，叠加在被试设备的工频电源电压上，图2为试验接线的一个简例。图2谐波试验接线间谐波试验间谐波指的是非工频整倍数的谐波()。其主要来源为表态变频器、换 50/60 Hz流器、电焊机和电弧炉等。只有对某一间谐波特别敏感的设备，或使用在间谐波特别严重处的设备才进行这项试验。试验方法与谐波试验相同。信号系统干扰试验目的在于试验低压供电网中信号电压对设备的影响。电力部门往往利用供电网络在工频电压上叠加信号电压以传递信息（如负荷控制、远方读表、分时计费控制等），信号电压在低压交流电源内会引起干扰。 信号电压的类别和特征见附表。附表 信号电压的类别和特征信号类别信号特征波形音频控制1102000Hz正弦波图3 (a)中频电力线载波32 0kHz正弦波射频电力线载波20150 (500) kHz正弦波工频控制信号例如在电压波过零点附近叠加1. 52. 0ms的长脉冲或2050us的短脉冲图3 (b)信号系统干扰的试验方法与谐波试验同，但信号波形与编码均要与实际的使用信号相同。电压波动试验电压波动的定义是交流或直流电源电压作快速的周期性变化或不规则的变化，电压变化范围不超过工作电压的士10。产生电压波动的主要原因是经常变化的大负载，大负载的投切，电压阶变等。例如电弧炉、电焊机、轧钢机、卷扬机、电容器组投切、变压器分接头切换等都会使交流电压波动。（音频电压相对放大了）图3控制信号电压的叠加电压波动试验时使电源电压按规定的变化量和时间间隔变化（见图4）。电压突降和中断电压突降是指电压突然下降至工作电压的90以下，持续时时间超过0.5个周期，过后电压又恢复。其产生原囚可能是负载的突然大幅度变化或短路故障（例如短路故障切除并快速重合闸）。图4电压波动试验图5电压突降和中断试验电压中断实际上是U=100幅值的电压突降。试验方法与电压波动试验相同（见图5）。(2)传导性瞬变和高频干扰试验l001300us浪涌试验目的在于检验设备对低压供电网内大容量熔断器熔断时所产生的瞬变过程的抗扰能力。当断开馈电电缆终端的短路时，由于电路内贮存能量的释放，在电压恢复过程中会产生瞬时的过电压。这种瞬变过电压波形一般具有单向脉冲特性，并有较长的持续时问。试验方法是在工频电压的波峰上叠加l001300ps的单向浪涌(波首l00us，半峰值时间1300us)，其幅值为工频电压峰值的1.3倍（见图6）。图6 100130us浪涌试验1. 2/50us（电压）- 8/20us（电流）浪涌试验雷击、操作和电网短路故障都可能出现这种瞬变现象。当被试品的输入阻抗为高阻抗时，在被试品端子卜呈现的是电压脉冲；为低阻抗时则产生电流脉冲。波形见图7。试验电压为0. 5kVp4. 0kVp。10700us浪涌试验这是雷击通信线路时的典型瞬变过电压波形。这种浪涌具有较平滑的波前和较长的持续时间。对通信终端设备，例如调制解调器等，可进行这种试验。试验电压为lkVp- 2kVp。试验电压波形见图8。图8 10/700us浪涌波形快速瞬变脉冲组试验小电感负载的断开，继电器接点的反弹等都会产生这种干扰。图9是断开直流低压回路内的电感性负载时的瞬变电压波形（实线）。它的特征是电压上升时间快，持续时间短，重复率高，相当于一连串的脉冲组。模拟这类干扰的快速瞬变脉冲组的波形见图1 0。其中图(a)为单个脉冲波形；图(b)为脉冲组的分布。脉冲波形为5/50ns；每组脉冲持续时间为15ms；脉冲组的周期时间为300ms；脉冲重复率为5或2. 5kHz。试验电压为0.5kVp-40kVp。试验持续时间不小于1min。图9断开直流回路电感性负载时的瞬变电压波形图10快速瞬变脉冲组波形阻尼振荡波试验主要发生于高压及中压、变电站内的二次电缆及低压回路之中，是开关操作及短路故障所引起。在高压及中压变电站中操作隔离开关时，这种干扰最为明显。它是由开关断口的电弧复燃所引起。干扰波的特征为一连串断续出现的阻尼振荡波，上升时间快，征税率高，持续时间长。振荡频率为100kHz和1MHz。试验电压为0.5kVp-2.5kVp。试验电压波形见图11。试验持续时间2.0s。图11 阻尼振荡波 图12 单次振荡波单次振荡波试验这种干扰主要产生于低压电网的开关操作和雷击的间接影响。在低压系统内，由于雷击浪涌所激发的自然振荡以及传输电路阻抗不匹配所引起的反射作用，干扰波形呈振荡性。典型波形是一个上升时间为0.5us脉冲，并紧接频率为lOOkHz的阻尼振荡波。试验电压波形见图12，试验电压为0.5kVp4.OkVp。上述项的传导性瞬变与高频干扰试验的试验方法如图I3所示（以电源回路为例）。(3)静电放电试验当两种介电常数不同的绝缘材料发生直接接触再分离时，特别是发生相互磨擦时，两者间会发生电荷的转换而带有各自不同的电荷。这种现象称为静电带电（或摩擦带电）。人在地毯上行走时，鞋底上会积累电荷。人穿化纤衣服，衣服间或衣服与座椅的摩擦也会造成电荷的交换。因为人体是导电的，由于感应，在人体上就产生感应电荷。人身或物体因摩擦带电而积累的电荷在释放时就发生静电放电。静电放电对设备的影响，有可能是带电人体对设备的直接接触放电，也可能是人对邻近物体或邻近物体之问的放电所引起。前者称直接放电，后者称问接放电。静电放电的模拟试验波形见图1t1。静电放电试验电压为28kV。图1 3为直接放电试验的示意图。 (4)磁场敏感度试验工频磁场试验工频磁场由流过工频电流的导体或电气设备所产生（如母线、变压器、电抗器、电动机等的漏磁）。它包括正常运行情况下的稳态及故障情况下的瞬态两种情况。磁场强度用Am表示。在空气中，磁感应强度1高斯的相应磁场强度为80Am。图13传导性瞬变和高频干扰试验工频磁场试验方法是将工频电流通入感应线圈内以产生规定强度的磁场，被试品则放置于磁场内（即线圈内）。使用电流范围为： 连续工作方式（稳态） (1100A)线圈因数 短时工作方式（瞬态） (3001000A)线圈因数，持续时间13s （线圈因数等于感应线圈产生的磁场强度除以通入该线圈的电流值）。 图14 静电放电试验波形 图15静电放电试验示意图阻尼振荡磁场试验如前所述，在中、高压变电站内，开关操作时会产生阻尼振荡性的瞬变过程。试验方法和工频磁场试验相同。通入感应线圈的为1MHz和0.1MHz的衰减振荡电流，其范围为(10100A)线圈因数，持续时间为2s。(5)辐射电磁场干扰试验在电力系统内，这种干扰主要来自步话机。为了使试验结果具有再现性，本试验应在符合一定条件的设施下进行。试验场地要避免驻波和波反射作用。试验方法有多种，场强要求均分为1Vm、3Vm、10Vm三级。现举两种试验方法说明如下：在电波暗室或屏蔽室中试验所谓电波暗室是一种被有吸波材料以减少内表面对电磁波反射的屏蔽室。电波暗室和屏蔽室都可以隔离室内、外的电磁环境。主要试验设备为：带放大器的射频信号发生器（可复盖频率261000MHz)、发射天线和测量电场强度的场强计。用步话机试验即以步话机作为信号发生源。步话机与被试设备的距离由试验时所要求的场强值而定。步话机的工作频率需处于下列频带之中： (1) 68MHz87MHz； (2) 146MHz174MHz； (3) 420MHz470MHz。5.1.2 电磁发射测试如上所述，发射试验的目的在于确认被试设备不会发射出超过规定电平的传导或辐射电磁能量，以免影响其他设备的可靠工作。(1)谐波电流测量目的是限制设备工作时产生的电源频率谐次谐波电流进入到供电系统，而影响其他设备的工作。(2)电压波动测量目的是对设备工作所引起供电系统电压波动的数值进行限制。如果电压波动在短时间内连续出现，将会引起由电网供电的发光源产生明显的亮度变化。电压波动的大小用闪变仪测量。所谓“闪变”是人眼对亮度的主观感觉。人眼对不同频度的电压波动而引起的闪变的敏感程度是不同的。研究证明人眼对频率约为10Hz的电压波动最为敏感；高于或低于10Hz的，虽然波动值一样，但闪烁感却降低了。为此国际上采用了以等效1OHz波动值Vl0作为衡量闪变的指标。闪变仪就是根据人眼的视感度曲线（即不同闪变频率对视觉的敏感程度）来设计其频响特性的。等效10Hz波动值应不大于0.3%。(3)低频传导干扰电压测量目的是测量设备工作时引入直流电源的噪声电压。噪声电压值用噪声计测量。由于人耳和受话器对各个不同频率的噪声具有不同的敏感度，对于8001200Hz之间的感觉最为敏感，而对其上或其下的频率的感觉则较为迟钝。噪声计就是根据人耳和受话器的敏感度来设计其频响特性的。测得的噪声电压应不大于3mV。(4)射频传导干扰电压测量 图1 6传导干扰电压极限值目的是测量设备工作时通过电源线或控制信号线向外传导的射频干扰电压。频率范围为0.15MHz30MHz，设备中的脉冲电路、高频电路、时钟信号等往往是这种干扰源。传导干扰电压限值见图l 6。(5)射频传导干扰电流测量测试目的、干扰特性及产生机理与射频传导干扰电压相同，只是极限值单位为dBuA,也就是测量共模干扰电流。传导干扰电流限值见图17。(6)射频辐射电场测量目的是测量设备工作时向周围空间辐射的电磁场。丰要测量设备为电磁干扰测量仪（测试接收