周利強

(廣西電網(wǎng)公司崇左供電局，廣西 崇左 532200)

1 引言

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電力自動化設(shè)備越來越廣泛的應(yīng)用于控制與調(diào)度。隨著這些電力控制與保護設(shè)備功能強，體積小，但對外界的電磁干擾敏感性遠大于傳統(tǒng)設(shè)備，而且電力系統(tǒng)的大部分控制保護設(shè)備都在變電站［1－4］。

目前，變電站的微機保護裝置己經(jīng)突破常規(guī)繼電器的概念，正向智能化、計算機化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)了一體化，而且計算機硬件、軟件設(shè)計也越來越復(fù)雜，致使計算機場地的裝置對電磁騷擾具有更明顯的敏感性和脆弱性，這些裝置如果工作在電磁環(huán)境極其惡劣的變電站中，其電磁兼容水平、可靠性等因素對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定極其重要［5－9］。而且位于變電站場內(nèi)的繼電保護裝置比主控制室內(nèi)繼電保護所遭受的傳導(dǎo)性騷擾及輻射性騷擾強許多，微機保護裝置的電磁兼容問題變得十分突出。如何保證繼電保護裝置在日益復(fù)雜的電磁環(huán)境下安全可靠地工作，保證繼電保護的電磁兼容性，已經(jīng)成為電力工程界日益關(guān)注的問題［10－12］。

基于此，本文分析了變電站計算場地的電磁干擾源與傳播路徑、電磁干擾強度的計算方法以及電磁干擾的預(yù)防措施。

2 電磁干擾源、傳播路徑與危害

首先分析幾種典型的變電站電磁干擾源:在變電站中，輸電線路或母線會產(chǎn)生工頻電磁場，這種工頻電磁場是時刻存在的。一般在容量不變的情況下，電壓等級越高，電場強度越大，磁場強度越小。在220kV戶外變電站內(nèi)的高壓母線或線路下，當線路電流為0.5kA時，工頻磁場的最大強度為14A/m，而當電壓等級為500kV時，工頻磁場的最大強度為6A/m。

當電網(wǎng)發(fā)生短路時，短路電流電流經(jīng)接地點流入地網(wǎng)，會導(dǎo)致接地點和整個接地網(wǎng)的電位升高，此時如果變電站計算場地與短路電流入地點的距離較近，這些接地點的電位也會升高，就會在變電站二次回路中產(chǎn)生共模干擾電壓。據(jù)統(tǒng)計變電站內(nèi)高壓母線的單相接地時，在二次回路的電纜芯線上產(chǎn)生的干擾電壓比較嚴重，其峰值可達到幾十伏到近萬伏。

雷電電流是比較強烈的電磁擾源，會在周圍空間輻射電磁場，從而變電站內(nèi)的金屬設(shè)備外殼感應(yīng)出很高的電壓。變電站中的信號線與電源線上都可能由于感應(yīng)雷的作用而產(chǎn)生浪涌高壓脈沖，可能會造成一次設(shè)備絕緣的破壞，而且雷電壓和雷電流通過容性耦合、感性禍合或阻性禍合而傳到二次設(shè)備上，也可能造成二次設(shè)備的不正確動作。

此外，變電站內(nèi)的斷路器開斷高壓母線和高壓線路、變壓器與電抗器的投入和退出、電容器組的投入和退出以及隔離開關(guān)的開斷都會產(chǎn)生暫態(tài)過電壓，形成一個衰減振蕩過程，直接影響到變電站二次回路。

根據(jù)變電站電磁干擾傳輸途徑的不同，可以將其分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾是通過金屬導(dǎo)體及變壓器、電容器或電抗器等的傳導(dǎo)，其特點是，載體在傳導(dǎo)電磁干擾信號的同時會消耗干擾源的能量。

輻射干擾是以發(fā)射電磁波的形式進行傳播，其特點是干擾源對外輻射能量，具有一定的方向性，并且輻射的能量隨著距離的增加而逐漸減弱。

變電站的電磁干擾會產(chǎn)生一系列的危害:電磁干擾引起的電網(wǎng)電壓、頻率的波動會影響計算機的供電，可能造成計算機系統(tǒng)工作不穩(wěn)定甚至死機。電磁干擾信號如果侵入保護系統(tǒng)，就會和系統(tǒng)信號疊加，引起模擬量失真，造成采集信號的錯誤和計算的準確性，嚴重時會引起保護誤動作。

綜合自動化系統(tǒng)在變電站中應(yīng)用廣泛，其開關(guān)量的輸入，主要依靠斷路器、隔離開關(guān)的輔助觸點等，而且開關(guān)量的輸出，大多數(shù)也是依賴對斷路器、隔離開關(guān)的控制。變電站中的斷路器和隔離開關(guān)都處于強電一次回路中，如果與二次系統(tǒng)直接相連，必然會引起較強的電磁干擾，干擾可能使斷路器或隔離開關(guān)的輔助觸點抖動甚至造成分閘、合閘位置的判斷錯誤。

3 變電站的電磁干擾強度計算

變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的工作電磁環(huán)境的重要指標是磁場強度。在干擾源近區(qū)，滿足電磁場的似穩(wěn)條件，不計推遲作用，干擾源傳導(dǎo)電流的磁場干擾滿足安培環(huán)路定律:

圖1 有限長線電流的磁場強度

對于有限長的線電流，根據(jù)安培環(huán)路定律，可得圖1中三點處的磁場強度為:

式中，R1，R2，R3為被研究點到導(dǎo)線的垂直距離。

為了工程計算方便，可設(shè)定坐標，取線電流i的起點坐標為(x1，y1，z1)，終點坐標為(x2，y2，z2)，研究點的坐標為(x，y，z)。由于水電站中干擾源線電流通常是有規(guī)律排置的，故設(shè)線電流平行與坐標軸。

以線電流平行于Z軸為例:

圖2 平行Z軸的線電流及其磁場

如圖2(a)，由于線電流平行于Z軸，則x1=x2，y1=y2，P(x，y，z)點到線電流直線垂足坐標是(x1，y1，z)，所以P點的磁場強度為:

由圖2(b)得三坐標軸方向的分量:

如果在某點P，受到若干線電流干擾源的影響，則:

上式也可用于三相敞露母線的磁場干擾的計算。

在計算不連式封閉母線的磁場強度時，先要計算每相外殼的渦流，則母線外的磁場強度就等于母線電流和外殼渦流所產(chǎn)生的總磁場。不計外殼電阻，假定進行了3級映射，各相的外殼渦流計算式如下:

式中，IA、IB、IC為三相母線電流;bn為原電流源與n級映射電流源的軸偏，軸偏的計算如下:

bn=1/qn

qn+1=s+bn

bn+1=1/(s+bn)

qn+2=2s+bn

bn+1=1/(2s+bn)

其中，s為導(dǎo)體間半徑。

4 電磁干擾預(yù)防措施

電磁干擾對變電站計算機系統(tǒng)在線運行的影響嚴重，若不采取有效措施，將產(chǎn)生嚴重后果，一般通過屏蔽、接地、濾波等措施予以消除。

4.1 屏蔽措施

屏蔽是變電站中常用的電磁干擾預(yù)防的措施，它是以金屬屏蔽的方法來消除電磁干擾。其電場屏蔽是通過使用導(dǎo)體制作而成的接地網(wǎng)絡(luò)以保證零電位，可以有效阻止設(shè)備外的電場干擾;磁場屏蔽是在低頻段使用導(dǎo)磁材料較好的硅鋼等金屬作為屏蔽體，是干擾磁場的磁力線沿磁阻較小的屏蔽層通過，以阻止干擾磁場進入設(shè)備內(nèi)部。

4.2 接地屏蔽

變電站中一次系統(tǒng)接地是以防雷和保證安全為目的，但它對二次回路的電磁兼容有重要的影響。如果接地合適，可以減少站內(nèi)的高頻瞬變電壓幅值，特別是減少電網(wǎng)中各點的瞬變電位差，減低了電網(wǎng)中的瞬變電位升高，這對二次設(shè)備的電磁兼容很有好處。

4.3 濾波屏蔽

變電站中的電磁干擾是不可能完全消除的，設(shè)置濾波器的目的在于盡量將干擾衰減到符合標準的技術(shù)水平，不會導(dǎo)致計算機系統(tǒng)裝置工作錯誤。在各類電磁干擾中，快速瞬變干擾是比較嚴重的一類，其頻率成分最高可考慮到400MHz，在有條件的場合應(yīng)盡可能地采用低通濾波器。

5 總結(jié)

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，變電站的電磁環(huán)境會越來越惡劣，國內(nèi)外對產(chǎn)品的電磁兼容測試要求也會越來越嚴格，選用的嚴酷度等級會越來越高，所以不斷研究新方法、新型的抗電磁干擾材料、提高電子元件自身的抗電磁干擾能力，具有十分重要的意義。針對變電站運行中發(fā)現(xiàn)的電磁干擾問題，需要進行系統(tǒng)的分析，提出最優(yōu)的預(yù)防方案。由于運行條件的限制，實現(xiàn)時可能具有一定的困難，在實踐中需要結(jié)合現(xiàn)場實際情況，進行系統(tǒng)的研究。

［1］孫竹森，張禹方，張廣州，等.500kV變電站電磁騷擾和防護措施的研究(一)［J］.高電壓技術(shù)，2000，26(1):16 －18.

［2］孫竹森，張禹方，張廣州，等.500kV變電站電磁騷擾和防護措施的研究(二)［J］.高電壓技術(shù)，2000，26(2):26 －27.

［3］林福昌，姚宗干，蔣政龍.變電所強電設(shè)備與弱電線路的電磁兼容問題［J］.中國電力，1996，29(1):37 －40.

［4］劉愈倬，王瑛.變電站二次回路的干擾分析［J］.山西電力技術(shù)，1997(3):40－42.

［5］蔡敏，殷建剛，暫態(tài)過程中Tv二次回路接線對繼電保護影響及對策［J］.電力白動化設(shè)各，2002(2):79－8.

［6］黃海，張輝，華棟.變電站內(nèi)的電磁干擾與電磁兼容問題［J］.電力建設(shè)，2002(23):32 －33.

［7］何金良，屠幼萍，曾嶸.作用在發(fā)變電站儀器及控制系統(tǒng)上的主要干擾源［J］.電力建設(shè)，2000，21(1):3 －7.

［8］李清泉，李彥明，牛亞民.變電站開關(guān)操作引起的瞬變電磁場及其防護［J］.高電壓技術(shù)，2001，27(4):35 －37.

［9］吳茂林，崔翔.變電站地電位差對屏蔽電纜的電磁干擾分析［J］.高電壓技術(shù)，2005，31(3):53 －60.

［10］齊磊，崔翔.變電站開關(guān)操作對屏蔽電纜電磁干擾的預(yù)測［J］.中國電機工程學(xué)報，2007，27(9):46 －51.

［11］張元芳，關(guān)根志.變電所一次線對二次線電磁干擾強度的計算［J］.中國電力，1997，30(1):11 －13，27.

［12］黃曉濤.變電所綜合自動化系統(tǒng)抗干擾的措施［J］.農(nóng)村電氣化，2004(1):17－18.