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变电站强电设备和弱电线路电磁兼容问题


摘要:随着人们生产与生活机械化、电气化程度的不断提高,对电量的需求也不断增长,电力系统的容量及复杂性也日益增加。而变电站在电力系统的安全、稳定运行中占据重要地位,只有确保其内部各种设备之间具有良好的兼容性,才能切实提高变电站的运动效率。就变电站强电设备和弱电线路电磁兼容问题,进行了详细的探究。

关键词:变电站;强电设备;弱电线路;电磁兼容

作者:屈兴胜/郝娜娜

在科技快速发展的背景下,电子设备以自身功能多、精度高、成本低、体积小等优点被普遍应用在电力系统中。而工作电压较低的电子设备敏感性高,极易受到外界干扰,从而出现被损坏或功能降低等问题。因此,为确保变电站稳定运行,就必须处理好其内部强电设备和弱电线路的电磁兼容问题。

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1 设计电磁兼容的思路

通常情况下,变电站中形成电磁干扰的程序是"干扰源--耦合途径--敏感电磁设备"。因此,为切实做好变电站强电设备和弱电线路的电磁兼容,就应破坏干扰源的形成过程。所以,我们就可从破坏电磁干扰源的形成过程为切入点设计电磁兼容方案。一般来讲,我们都会从消除干扰源入手,多措并举完全清除具有干扰作用的电磁源,这就需要我们全面掌握变电站中各个设备周围的全部干扰源情况,从而实现有针对性地、高效率地处理好强电设备与弱电线路的电磁兼容问题。但是,在实践中我们发现,通过消除干扰源或者阻断敏感设备耦合通道的方式完全解决设备被电磁干扰的方法是行不通的,必须借助对敏感设备实施恰当的隔离、屏蔽等抗干扰措施,从而使得这些设备免受干扰或者在适当的干扰范围之内。电子设备、计算机在变电站内的普遍应用,大大提高了电力系统的智能水平,有利于电力系统的维护与运行。但是和电磁设备相比,电子设备极易受到电磁干扰。因此,为确保变电站正常、稳定运行必须处理好二次回路被电磁干扰的问题。在实践中我们知道,强电磁场主要来源于一次设备,也是干扰二次设备的主要电磁源。强电设备与弱电线路电磁兼容问题,研究的主要是电子元件、集成电路、微机等部件中的各个自动化系统中的子系统,都属于二次设备,且都是极易受电磁干扰的设备,即弱电系统。变电站中的一次设备与二次设备之间既相互干扰,又联系密切。因此,在变电站建设中,应依据各种设备的具体特点进行恰当设计,只有这样才能处理好变电站的电磁兼容问题。

2 干扰二次设备的电磁源

在变电站内,干扰二次设备的电磁来源来自很多方面,主要有:静电放电、通信设备、步话机、局部放电、二次回路、短路电流、低频骚扰、辐射电磁场、雷电、工作中的电力设备、高压开关操作等。根据类型划分的话,变电站内的干扰二次设备的电磁类型,涵盖:辐射干扰(雷电及低压、中压、高压电网操作时产生的干扰)、静电干扰、传导干扰(低压、中压、高压电网操作时产生的干扰)。以上几种电磁干扰类型,还可简单归纳为辐射干扰与传导干扰两种。①辐射干扰。在变电站的日常运行中,操作高压开关时,经常会出现电弧重燃现象,每次断弧或发弧过程中都会在高压母线上出现即时的电流与电压,并且两者都会产生辐射形式的电磁,从而对变电站中的设备产生干扰。并且,雷电波也会出现以上情况。在雷电过程中,变电所上安装的避雷针发挥作用时,会有很大的耦合电流借助电缆线尽到接地网中,并在导线中产生即时却很大的电压与电流,两者也会在变电站内以辐射形式产生电磁干扰。②传导干扰。在变电站内部,高压母线产生的暂态电压与电流,会借助暂态的电磁感应耦合、静电、电磁场等形式辐射干扰二次电缆。

3 抗电磁干扰的主要技术

在具体设计变电站的过程中,一般将屏蔽技术、隔离技术等作为阻止强电设备和弱电线路之间电磁干扰的主要手段,本文将对以上两种技术进行详细的分析。

3.1 屏蔽技术

变电站使用屏蔽技术的主要目的,是阻断电磁传播的途径,从而有效解决强电设备和弱电线路电磁干扰问题,进而提高两者的电磁兼容性。屏蔽技术的核心作用及主要方式涵盖:①静电屏蔽。其作用解决容性耦合问题,适合用在预防恒定磁场及静电场的情况中。②磁屏蔽。其作用是降低感性耦合,比较适合用在摒弃低频磁场及静态场的情况中。③电磁屏蔽。其作用是降低入射电磁波对设备的不良影响,比较适合用在需要消除交变电磁场、交变磁场、交变电场的情况中。

在变电站处理电磁兼容问题方面,使用频率较高的屏蔽方法主要有:①连接自动化设备的输出及输入、一次设备时,可选用有金属屏蔽层的电缆,并应确保电缆两端接地,只有这样才能大幅减少磁耦合与电场耦合的发生几率。②在二次设备中的自动化系统内,为其自控装置、微机保护、测量设备之间的互感器第一、第二绕组中设计一道屏蔽层,从而有效屏蔽相互电场之间的干扰,从而有效切断高频信号通过电容对自动化系统之内的部件产生干扰。③在机柜或机箱的输入端子中设置一个耐高压且接地的小电容,有效降低外部高频对机柜或机箱的干扰。因为干扰通常都是从端子进来的,如果我们将端子接地,那么电容就会对地短路,从而减少了高频干扰影响自动化系统中部件的可能性。④用铁质材料制造变电站中的机箱与机柜,那么机箱与机柜自身就对周围的电磁有屏蔽作用。

3.2 隔离技术

在变电站中,选用恰当的隔离措施,就能有效降低各种电磁干扰源的侵入与传导。通常情况下,在变电站中可行性强、成效理想的隔离方法主要有:①合理设置事先采集到的模拟量,使其在变电站自动化设备的各个交流输入回路中,通过交流变压器有效隔离模拟量。②借助继电器触点或光电耦合器对输出或输入的开关量进行隔离。③相关隔离方法。比如在布线二次回路时,综合利用多种隔离方法尽可能降低互感耦合的发生几率;避免用同一根电缆传递弱信号与强信号,在选择信号电缆时,应尽量不选电力电缆;增加相邻电力电缆之间的距离,尽可能缩短两者的平行长度;二次设备的布线过程中,应尽可能减少回路之间的相互感应问题。

总之,解决变电站强电设备和弱电线路电磁兼容问题的途径是切断电磁源的传播通道。在实际操作中我们应依据设备特点恰当选用隔离、屏蔽等抗干扰技术,尽可能避免或降低电磁对敏感设备的干扰,从而切实解决变电站电磁兼容问题,为变电站稳定、高效运行创造良好条件。

参考文献

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[2]郭学才.500kV 变电站隔离开关操作暂态过电压对二次回路的影响研究[D].华南理工大学,2013.

[3]谢雪梅.变电站开关暂态电磁场计算及对二次设备的影响研究[D].重庆大学,2014.

[4]温英才.变电站二次系统电磁干扰与预防措施研究[D].华北电力大学,2015.

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