電力系統(tǒng)對自動化設(shè)備的電磁兼容影響

1、概述
　  電力系統(tǒng)二次自動化設(shè)備是電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的一個部分，在討論其電磁兼容問題時，不應(yīng)該把它孤立地作為一個電子設(shè)備來進(jìn)行，而要結(jié)合電力系統(tǒng)的電磁環(huán)境進(jìn)行綜合、全面地考慮。研究二次自動化設(shè)備的電磁兼容性能，最終的目的是提高二次自動化設(shè)備抵御各種干擾的能力，同時降低設(shè)備對周圍其它設(shè)備的干擾程度，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。然而，設(shè)備抗干擾性能的提高并不是無限度的，無論是從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都是不現(xiàn)實(shí)的。從電力系統(tǒng)這一大的電磁環(huán)境角度出發(fā)，只有在對干擾源以及干擾耦合途徑進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，對二次自動化設(shè)備所處的電磁環(huán)境進(jìn)行合理的評估，才能對其抗干擾性能提出合理的要求，并在此基礎(chǔ)上研究提高其抗干擾能力以及抑制其所產(chǎn)生干擾的程度。
　  電磁兼容問題在電力系統(tǒng)中得到了強(qiáng)烈的體現(xiàn)：一方面，電力系統(tǒng)是一個強(qiáng)大的干擾源，在其正常運(yùn)行或者故障時都會產(chǎn)生各種穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)干擾，如大電流設(shè)備附近的磁嘗開關(guān)操作時的暫態(tài)干擾等。另一方面，隨著現(xiàn)在微電子技術(shù)的普遍采用，對干擾具有很高敏感性的各種二次自動化設(shè)備在電力系統(tǒng)運(yùn)行中起著重要的作用，他們在極大提高電力系統(tǒng)自動化運(yùn)行程度的同時，不可避免地會遭受到來自電力系統(tǒng)內(nèi)部或其他的一些干擾影響而有可能導(dǎo)致其工作失常，從而成為影響電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的一個隱患。
2、電力系統(tǒng)電磁兼容問題描述
　  如果把二次設(shè)備作為一個干擾的感受者來進(jìn)行討論的話，那么電力系統(tǒng)的電磁兼容問題可以描述如下。
　  各種干擾二次設(shè)備耦合途徑通過各種連接線的傳導(dǎo)作用或通過空間的輻射作用影響二次設(shè)備的主要干擾源有：
　  a)一些自然的干擾如：雷擊、靜電等。
　  b)操作或系統(tǒng)故障時的瞬態(tài)干擾如：隔離開關(guān)和斷路器操作、低壓回路繼電器動作、接地故障時短路電流引起的共模干擾等。
　  C)系統(tǒng)運(yùn)行時的穩(wěn)態(tài)干擾：如高壓設(shè)施附近的工頻電場和磁嘗附近電子或通信設(shè)備的干擾等。
　  其中對二次設(shè)備最具影響作用的干擾是一次開關(guān)（隔離開關(guān)和斷路器）動作時產(chǎn)生的瞬態(tài)干擾，這種瞬態(tài)干擾一方面以場的形式向外輻射，通過對二次設(shè)備的外接導(dǎo)體（各種回路連線、地線）的耦合或者直接通過空間的輻射耦合進(jìn)入到二次設(shè)備內(nèi)部，另一方面直接通過二次設(shè)備連接到高壓設(shè)施的導(dǎo)體（PT、CT、高頻載波通道等）傳導(dǎo)進(jìn)入二次設(shè)備內(nèi)部，影響二次設(shè)備的正常工作。
　  解決電力系統(tǒng)電磁兼容問題的途徑在于:a)對系統(tǒng)的電磁環(huán)境進(jìn)行測量評價；b)在系統(tǒng)設(shè)計建設(shè)中采取必要的合理的措施，減緩干擾對二次設(shè)備的作用；c)提高二次設(shè)備本身的抗干擾能力。
　  事實(shí)上，國內(nèi)外研究人員通過多年的努力已經(jīng)積累了大量的數(shù)據(jù)，并依據(jù)其制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則用于指導(dǎo)電力系統(tǒng)的設(shè)計和二次設(shè)備的設(shè)計，但是隨著電力技術(shù)近幾年的發(fā)展，一些新技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，由此而帶來的電力系統(tǒng)電磁環(huán)境的變化以及對二次設(shè)備的影響問題，值得大家進(jìn)一步的關(guān)注和研究。 　　 
3、變電站綜合自動化技術(shù)和保護(hù)下放
　  變電站綜合自動化技術(shù)經(jīng)過了多年的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)?shù)乃剑瑥某跗诘募惺浇Y(jié)構(gòu)到目前廣為采用的分散式結(jié)構(gòu)，不僅使得變電站自動化程度得以大大提高，更直接降低了系統(tǒng)的建設(shè)成本，然而，技術(shù)的發(fā)展的同時也帶來了電力自動化設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的變化。
　  早期的集中式結(jié)構(gòu)只是在原有的二次設(shè)備配置的基礎(chǔ)上增加了計算機(jī)管理功能，變電站按規(guī)模配置相應(yīng)的微機(jī)保護(hù)裝置和微機(jī)遠(yuǎn)動裝置，并安裝在主控制室內(nèi)，系統(tǒng)的控制、信號量以模擬量的形式通過電纜上傳，這種結(jié)構(gòu)方式的缺點(diǎn)主要是資源不能共享，也不能節(jié)省大量的電纜，同時由于控制信號是以模擬量的形式長距離傳輸，因此數(shù)據(jù)容易受到現(xiàn)場的干擾，但是二次自動化設(shè)備相對處于電磁環(huán)境較好的控制室中，所遭遇到的電磁騷擾會較弱一點(diǎn)。而分散式結(jié)構(gòu)采用的是將控制單元、保護(hù)單元、數(shù)據(jù)采集單元就近安裝在戶外高壓開關(guān)附近或戶內(nèi)開關(guān)柜中，通過數(shù)字信號線或光纜將信號上傳，這就大大降低了傳統(tǒng)變電站設(shè)計中的各種模擬控制信號的連接長度，提高了系統(tǒng)信號傳輸?shù)目垢蓴_能力，但是，對于二次自動化設(shè)備而言，由于其從原來?xiàng)l件較好的控制室被下放到開關(guān)場附近，運(yùn)行電磁環(huán)境惡化，對其抗干擾性能也就提出了更高的要求。同時由于二次自動化設(shè)備自身的功能集成程度提高，單裝置內(nèi)部干擾互相耦合幾率加大，這就使得設(shè)備抗干擾設(shè)計面臨著更高的難度。
　  對于分布式設(shè)備應(yīng)滿足的抗擾性要求應(yīng)該是基于開關(guān)場中的電磁干擾數(shù)據(jù)，在控制室中所測量到的數(shù)據(jù)可能已不適用，控制電纜在開關(guān)場末端的感應(yīng)電壓可能會比在控制室末端要高。
　  隨著近幾年我國越來越多的高壓變電站保護(hù)下放至開關(guān)場，高壓開關(guān)操作所產(chǎn)生的強(qiáng)大干擾對保護(hù)設(shè)備的各種影響研究工作也在積極進(jìn)行之中，在一系列的測試數(shù)據(jù)中較多的是針對一次開關(guān)操作時產(chǎn)生的暫態(tài)電場和磁嘗PT/CT二次側(cè)干擾電壓和電流、母線下平行電纜上的感應(yīng)電壓以及變電站交流220V電源方面，測試參數(shù)涉及到波形、主導(dǎo)頻率、強(qiáng)度等。從對我國幾個保護(hù)下放的500kV變電站一次開關(guān)操作時實(shí)際測試結(jié)果來看，在二次側(cè)的干擾電壓強(qiáng)度一般小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高級別，而在頻率上則比標(biāo)準(zhǔn)中的要求要高一些，220V電源上的干擾電壓要大一點(diǎn)。然而，對于二次自動化設(shè)備而言，最重要的是在二次設(shè)備端口的干擾情形，有關(guān)這方面的數(shù)據(jù)積累較少。
　  另外開關(guān)場暫態(tài)電磁場通過空間耦合對自動化設(shè)備的影響也是一個需要深入研究的課題，對于這一類需放到開關(guān)場中的裝置，隨著保護(hù)小室設(shè)計逐漸趨向于使用非屏蔽設(shè)計，裝置本身的屏蔽設(shè)計就顯得更為重要，而這方面又恰好是我們電力自動化設(shè)備設(shè)計制造中的薄弱環(huán)節(jié)。　　 
　  幾十年來，作為干擾源的電力系統(tǒng)一次設(shè)備的改變很小，而作為敏感設(shè)備的二次弱電設(shè)備無論是在設(shè)計還是在布置上都發(fā)生了巨大的變化。隨著電力系統(tǒng)自動化程度的日益增長，二次自動化設(shè)備的作用也日趨重要。二次自動化設(shè)備的可靠性直接關(guān)系著電力系統(tǒng)是否能可靠運(yùn)行，因此二次自動化設(shè)備的電磁兼容性能也就成為人們越來越關(guān)注的內(nèi)容。如何來評價二次自動化設(shè)備的電磁兼容性能，最重要的是對其所處電磁環(huán)境的評估。隨著二次自動化設(shè)備所處環(huán)境的改變以及電磁環(huán)境測量儀器和技術(shù)的提高，評價其電磁兼容性能的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷的完善之中，所有這些工作的目的只有一個，就是確保二次自動化設(shè)備在運(yùn)行時的正確可靠性。