智能变电站自动化系统抗电磁干扰的措施

张波

（1.华东交通大学，江西 南昌 330013；2.洛阳铁路信息工程学校，河南 洛阳 471000）

智能变电站自动化系统抗电磁干扰的措施

张波

（1.华东交通大学，江西 南昌 330013；2.洛阳铁路信息工程学校，河南 洛阳 471000）

智能变电站自动化系统良好的电磁兼容性能，对保证系统的安全可靠运行有着十分重要的意义。解决其电磁兼容的途径，主要侧重于提高抗电磁干扰的能力。

综合自动化系统；电磁干扰；措施

变电站一次回路的任何暂态过程都会通过不同的耦合途径传入二次回路形成电磁干扰，二次回路中的设备主要包括继电保护、控制、信号、通信和监测等仪器仪表，它们都属于弱电装置，耐压能力与抗干扰能力较弱，二次回路本身也会产生干扰。在强电磁场干扰下，自动化系统内部各个子系统容易造成系统工作不正常，EMC的问题更为突出。

1 电磁干扰源及传播途径

1.1 电磁干扰的主要来源

1.1.1 高压断路器和隔离开关操作。开关操作时产生瞬变电磁脉冲，母线出现频率极高的快速暂态过电压，并以暂态电磁波形式向周围空间辐射能量。储能元件断路器在开关操作使其状态改变时，产生的暂态过电压会通过母线上的设备耦合至低压回路。

1.1.2 雷电。雷电直击或者感应于地面、变电站建筑物时，强大的瞬间电压会产生极强的电磁脉冲，其感应会通过电源、接地网、一次设备的二次线回路串入信号回路，或者直接作用于通信回路，烧损测控保护设备。

1.1.3 系统短路或接地故障。系统短路时，大电流导入接地网，因地网电位升高产生共模干扰电压。另外，系统装置本身没有接地，或者采用了不正确的接地方法，也会产生电位差干扰。例如通信电缆的屏蔽层采用了两端接地的方式，当地电位不平衡时屏蔽层出现电压差，干扰正常通信。

1.1.4 运行中的电力设备。变电站载流线路或母线及低压电缆在数字设备周围都会产生工频磁场与谐波磁场，成为频谱极宽的干扰源。

1.1.5 辐射电磁场干扰。工作步话机也是辐射干扰源。同时变电站附近的无线电台、广播电视信号发射器、通讯基站等各种电磁辐射源，也会产生高频电磁干扰。

1.1.6 系统内部干扰。因系统结构、器件选用、生产工艺或布线等因素产生的不同信号感应，交流噪声、多点接地引起的电位差以及长线传输引起的波的反射等干扰。例如遥信采集回路的电源不稳，光耦合器件会在导通与闭合中频繁切换，误报信号。

1.2 电磁干扰传播的途径

干扰源的能量一种是通过空间以电磁波辐射形式进入变电站的一次系统和二次回路，另一种是通过干扰源与被干扰设备之间的导体（包括阻抗）进行传播。电磁干扰能量以电压或电流的形式通过电场耦合、磁场耦合、共阻抗耦合和辐射耦合等途径进入自动化系统。

2 电磁干扰可能造成的后果

电磁干扰具有频率高、幅度大、前沿陡的特点，它们通过各种分布电容、电感耦合侵入变电站综合自动化系统内部各个子系统，对电源回路、模拟量输入通道、开关量输入输出通道及CPU和数字电路都可能引起局部或整体工作不正常，造成以下后果：

2.1 输入至IED的断路器、隔离开关位置抖动和分、合位置判断错误。

2.2 采样数据错误，可能引起误动，甚至损坏元器件。

2.3 中央处理器接收错误指令或操作码而停止工作或进入死循环。

2.4 EPROM受干扰而程序或定值遭破坏导致相应自动装置无法工作。因此，采取合理的抗干扰措施是非常必要的。

3 抗电磁干扰的措施

依照电磁兼容标准进行变电站设计和施工能有效预防电磁干扰。但电磁环境是千变万化的，要真正达到经济上和技术上的电磁兼容，保证一、二次设备运行的可靠性，必须根据具体情况，灵活运用各种技术和措施。

3.1 屏蔽措施

变电站综合自动化系统的机柜或机箱壳体采用金属材质，通过反射和吸收方式降低IED和外部电磁辐射能量，机柜或机箱面板与电连接器安装缝隙采用电磁屏蔽措施，且要良好接地；一次设备与系统连接采用带有金属屏蔽层的控制电缆，且电缆屏蔽层两端接地，这对削弱电场耦合和磁耦合有显著作用；增加控制电缆与高压母线和高频暂态电流的入地点距离来减少强电回路的电磁耦合和感应耦合。

3.2 隔离措施

采取良好的隔离和接地措施，可以减小干扰传导侵入。交流模拟量经过系统输入回路中的小电压互感器和小电流互感器隔离，且隔离变压器一、二次之间设有屏蔽层并安全接地；开关量的输入、输出采用光电耦合器或继电器隔离，提高抗干扰能力和消除开关动作时的抖动以达到更好效果；另外，二次回路布线时也要采取隔离，防止或减少干扰通过互感耦合进入。

3.3 滤波措施

采用滤波的方法是抑制自动化系统中传导干扰的手段之一，通过分析干扰源的频谱、波形幅值等，对施加到IED的电源端口、交流电流/电压端口、开入/开出端口和通信端口有针对性地选择滤波器类型或设计滤波器电子电路。如在IED的电源端口通过加装电源电磁兼容滤波器实现电磁兼容，但需要注意其壳体与IED的地接触良好；在通信端口串接共模扼流圈或铁氧体磁环，以防止快速脉冲骚扰的侵入。

3.4 微机电源抗干扰措施

选用在线式UPS电源向微机系统供电，不仅可有效地抑制电网低频状态下的干扰，还有利于保证微机的安全连续运行；在电源的输入侧安装变比为1：1的隔离变压器，变压器的输出端直接向微机供电；在电源的输入侧设计安装电源滤波器，可以滤去交流电源输入的高频干扰和电源高次谐波，并将其安装在机柜内，输入与输出端子分开引线，接地线与机柜的保护接地相连。

4 结语

由于电磁环境和电磁干扰本身是错综复杂的，而且工作在变电站不同的IED，它们要完成的功能、任务和所处的具体环境条件又有较大的差异，需要针对实际情况进行分析，采取合适的措施，才能保证所设计的IED既有强的电磁兼容性能、高的可靠性，又可节约成本，即具有高的性价比，并最终达到从整体上提高智能变电站自动化系统可靠性的目的。

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[3]侯德明.浅析变电站抗电磁干扰的措施[J].价值工程，2010（16）.

[4]刘少林.城市轨道交通变电所电磁干扰防护措施[J].城市轨道交通研究，2008（07）.

TM76

A

1671-0037（2014）08-87-1.5

张波（1983.6-），男，讲师，工程硕士，研究方向：轨道交通电气自动控制系统。