电力系统自动化论文

新疆农业大学

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课 程 论 文

电磁兼容与电力系统自动化

电力系统自动化 张学彬 电气工程及其自动化 电气082 083736222 石砦 职称: 讲师 2011 年12 月 1 日

电磁兼容与电力系统自动化

作者： 张学彬 指导老师： 石砦

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 AUTOMATION

Author:Zhang Xuebin Academic Advisor: Shi Zhai

Abstract：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 standards

1 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。

①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：

NTHDUd22a

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

UnUaU1, Ua,U1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

②间谐波试验

间谐波指的是非工频整倍数的谐波(fknf1f)。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。

③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 音频控制 中频电力线载波 射频电力线载波 工频控制信号 信号特征 110～2000Hz正弦波 3～2 0kHz正弦波 20—150 (500) kHz正弦波 例如在电压波过零点附近叠加1. 5～2. 0ms的长脉冲或20—50us的短脉冲 图3 (b) 波形 图3 (a)

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。

④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）。

⑤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）。

4 电磁发射测试

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V10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800～1200Hz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。

结论

电力系统的电磁环境是复杂的。对广泛采用电子技术的电力自动化设备，必须充分注意电磁兼容问题。电磁兼容工作有很多方面，当前的首要工作是要继续制订专业设备的电磁兼容规范、标准和建立必要的试验手段。通过对标准的贯彻和有关的测试工作，促进抗干扰措施和兼容性设计的研究和发展。

本文结合电力工业的特点，对电磁兼容问题作出概括性的阐述，着重介绍了EMC工作的一个重要环节—— EMC试验。

做好电磁兼容工作不但可提高电力系统自动化装置的工作可靠性，也是参与国际工程招标和国际贸易市场的现实需要，希望能引起各方面的重视。

参考文献：

[1]林海雪．电力系统电压波动和闪变标准介绍，电网技术，1993,11(1):24～29 [2]曲长云，蒋全兴，吕仁清．电磁发射和敏感度测量．东南大学出版社，1988 [3]何彬．对建立和健全继电保护的电磁兼容标准的几点意见．电力系统自动化，1993,17(2)：43～48