深圳市地鐵集團有限公司　王　鴻

變電站保護與控制裝置電磁兼容整改實例分析

深圳市地鐵集團有限公司王鴻

隔離開關帶電操作時，斷口間會出現(xiàn)幾十次乃至幾百次重復燃弧及斷弧的過程，在系統(tǒng)中的電感及電容所構(gòu)成的振蕩回路中產(chǎn)生一系列很復雜的過渡過程，從而在母線及引線上產(chǎn)生幅值及頻率均較高的暫態(tài)電壓和電流。本文介紹了電磁兼容的一些基本概念，通過實際工作中碰到的一例電磁兼容問題，從故障現(xiàn)象分析導致設備故障的原因。并從調(diào)整保護控制裝置二次線布線路徑，HMI上加裝金屬屏蔽罩，二次線上加裝磁環(huán)，加強保護控制裝置的接地等方面闡述故障處理過程。EMC整改后，保護控制裝置故障現(xiàn)象消失。

隔離開關；電磁兼容；EMC；干擾

1　引言

隨著軌道交通的迅猛發(fā)展，35kV中壓開關柜的實際使用數(shù)量大大增加，EMC（電磁兼容）方面的缺陷導致的問題也隨之增加。本文從隔離干擾源，消除耦合途徑，增強敏感設備的抗干擾能力三方面來闡述中壓開關柜EMC的整改過程。

2　電磁兼容相關概念

電磁兼容：當電子設備或電氣設備所產(chǎn)生的電噪聲不干擾任何其它設備正常工作時，這些設備是電磁兼容的。

電磁干擾：當不希望的電壓和電流影響設備性能時稱為電磁干擾。

電磁干擾的三要素：干擾源，耦合途徑，敏感設備。三者關系見圖1。

圖1　電磁干擾的三要素及其關系模型

要實現(xiàn)設備的電磁兼容，只要破壞電磁干擾的任一要素即可，即隔離干擾源，消除耦合途徑，增強敏感設備的抗干擾能力。對應的措施簡單概括為：隔離、屏蔽、接地。

3　故障現(xiàn)象描述

2016年3月26日凌晨1：26：07秒，電調(diào)遠方分世界之窗降壓所3041隔離開關后，相鄰的302開關柜的二次保護控制裝置故障總信號動作，控制方式由遠方控制方式自動轉(zhuǎn)為當?shù)乜刂品绞健，F(xiàn)場作業(yè)人員描述保護控制裝置HMI面板白屏自動重啟后，恢復正常顯示。世界之窗降壓所主接線如圖2所示。

4　故障原因查找及分析

帶電分合3041隔離開關10次，相鄰的302柜保護控制裝置HMI出現(xiàn)5次白屏自動重啟。而在3041隔離開關不帶電的情況下分合，相鄰的302柜保護控制裝置HMI正常，未見前述故障現(xiàn)象。

隔離開關帶電操作時，斷口間會出現(xiàn)幾十次乃至幾百次重復燃弧及斷弧的過程，在系統(tǒng)中的電感及電容所構(gòu)成的振蕩回路中產(chǎn)生一系列很復雜的過渡過程，從而在母線及引線上產(chǎn)生幅值及頻率均較高的暫態(tài)電壓和電流，母線如同一根高頻天線，以瞬態(tài)電磁場的形式向周圍空間輻射能量，還會通過連接到母線上的設備（如電容分壓式帶電顯示器）直接耦合到低壓回路。結(jié)合上述測試結(jié)果，可以初步判斷導致302柜保護控制裝置異常的原因是帶電分合3041隔離開關。

圖2　世界之窗降壓所主接線圖

5　處理措施

5.1隔離干擾源

（1）帶電分合3041隔離開關會產(chǎn)生電磁干擾，不帶電分合3041隔離開關不會產(chǎn)生電磁干擾。因此，可以建議電調(diào)在倒閘操作時，盡量在3041隔離開關停電狀態(tài)下操作。比如在涉及到II段35kV母線停電的倒閘操作，在斷開304斷路器以及II段35kV母線所帶的其它負荷后，先斷開302斷路器，讓II段35kV母線停電后再操作3041隔離開關。

（2）電纜是系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)，一臺獨立進行EMC輻射發(fā)射測試時完全合格的設備通過電纜連接起來后，系統(tǒng)就不再合格了。統(tǒng)計顯示90%的EMC問題是電纜造成的，這是因為電纜是高效的電磁波接收天線和輻射天線，同時也是干擾傳導的良好通道。帶電分合3041隔離開關時產(chǎn)生的干擾可能經(jīng)母線傳導至302開關柜后經(jīng)302柜電容式帶電顯示器的導線傳導至保護裝置HMI附近并向周圍空間輻射，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)保護控制裝置HMI的電源線和數(shù)據(jù)線與帶電顯示

器的線捆扎在一起。EMC整改時將HMI的電源線、數(shù)據(jù)線與帶電顯示器的二次線分開布線，隔離干擾源。

5.2消除耦合途徑

（1）屏蔽是對兩個空間區(qū)域之間進行金屬的隔離，以控制電磁、磁場和電磁波由一個區(qū)域?qū)α硪粋€區(qū)域的感應和輻射，抑制電磁輻射沿空間傳播、切斷輻射途徑的重要措施。用屏蔽將干擾源包圍起來，可以防止干擾電磁場向外擴散；用屏蔽體將接收電路、設備或系統(tǒng)包圍起來，可以防止它們受到外界電磁場的影響。檢查中發(fā)現(xiàn)302柜為二期工程新加裝的開關柜，保護控制裝置為較新的中文版，HMI為塑料外殼，未加裝金屬屏蔽罩。EMC整改時將HMI加裝尺寸合適的金屬屏蔽罩。

（2）磁環(huán)是電磁兼容的重要元件。磁環(huán)使用的是鐵氧磁芯，對吸收高頻電磁干擾具有很好的效果，不會對信號產(chǎn)生不良影響。在電磁干擾線路上加磁環(huán)或磁珠是削弱或抑制電磁干擾的一種常用方法。EMC整改時將保護控制裝置HMI的電源線、數(shù)據(jù)線以及主機的二次線均加上磁環(huán)。

5.3增強敏感設備的抗干擾能力

在產(chǎn)品的研發(fā)階段，對于保護控制裝置可以從PCB設計，器件、軟件與頻率抖動技術，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式等方面采取措施。比如PCB設計時從器件布局，布線的路徑等方面減少PCB上電路產(chǎn)生的電磁輻射和對外界干擾的敏感性，減少PCB上電路之間的相互影響；從器件的封裝、上升沿、引腳分布及器件本身的抗干擾能力方面采取措施；利用軟件提供的容錯技術避開產(chǎn)品對外界干擾的影響；保護控制裝置的HMI和主機盡量采用一體式結(jié)構(gòu)，減少連接電纜。

但對于已經(jīng)投入運行的設備，加強接地，保證地線電位盡量穩(wěn)定，降低地壓降是一個比較容易實現(xiàn)的方式。許多EMC問題是由不合理的接地設計造成的，接地的目的有三個：

（1）接地使整個系統(tǒng)中的所有單元都有一個公共的參考零電位，也就是各個系統(tǒng)的地之間沒有電位差，保證系統(tǒng)能穩(wěn)定地工作。

（2）防止外界電磁場的干擾。機殼接地為瞬態(tài)干擾提供了泄放通道，也可使因靜電感應而積累在機殼上的大量電荷通過大地泄放。否則，這些電荷形成的高壓可能引起設備內(nèi)部的火花放電而造成干擾。

（3）保證安全工作。當發(fā)生直接雷電的電磁感應時，可避免電子設備毀壞。

EMC整改時將保護控制裝置的主機單元的接地隔板換為電阻更小接地隔板；將連接在上蓋板的接地線連接至側(cè)面，單獨制作一根短而粗的連接導線將上蓋板和側(cè)面可靠連接；將開關柜內(nèi)的接地銅排用一根70mm2的電纜連接至變電所接地銅母排。

6　結(jié)語

當設備出現(xiàn)電磁兼容問題時，對電磁干擾的各個途徑進行全面分析，能整改的地方一并整改，當全部能用上的措施均用上后再通電進行測試。測試后發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象消失，說明故障已排除。

對于已經(jīng)投運的設備，每晚的檢修時間只有3個小時30分鐘，這種僅憑電磁兼容相關理論來快速解決實際問題的方法有一定的參考性。當然經(jīng)過一系列整改方式后故障仍不能排除，下一步可以聯(lián)系有資質(zhì)的公司到現(xiàn)場進行EMC測試，找出真正的原因，然后再進行有針對性的整改。

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Substation protection and control device electromagnetic compatibility rectification instance

WANG Hong
（Shenzhen Metro Group Co.，Ltd.ShenZhen，518040，China）

Isolation switch powered operation，there will be dozens or even hundreds arc burning.This paper introduces some basic concepts of electromagnetic compatibility，through practical work encountered one case of electromagnetic compatibility problems，analysis the reasons of leading to equipment failure from the failure phenomenon.Wiring path the adjustment.The metal shield installation on the HMI.The line to install the ring.To strengthen the protection of the grounding of the control device.After renovation，the protection and control devices fault disappears.

isolating；switch；EMC；interference

王鴻（1984—），男，大學本科，工程師，主要從事地鐵供電系統(tǒng)技術管理工作。