孫蓓俊

（南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司，江蘇 南京 211153）

預(yù)制式二次設(shè)備艙電磁屏蔽及接地方案分析

孫蓓俊

（南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司，江蘇 南京 211153）

預(yù)制式二次設(shè)備艙作為電力二次設(shè)備在戶外運行的載體，為內(nèi)部的二次設(shè)備提供各類防護。對電磁干擾的屏蔽是艙體防護性能的重要環(huán)節(jié)。文章對預(yù)制式設(shè)備艙體電磁屏蔽的薄弱環(huán)節(jié)，如門縫隙、通風口、空調(diào)安裝間隙等進行了研究，并提出了解決電磁泄露的方案。同時，對預(yù)制式設(shè)備艙內(nèi)外部接地方案進行了探討，對機柜與等電位接地網(wǎng)的連接方式進行了論述。

預(yù)制式設(shè)備艙；電磁屏蔽；接地

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，電力建設(shè)模式正日益發(fā)生變化，模塊化建設(shè)方案已成為變電站建設(shè)的新理念。其中，電力二次設(shè)備的模塊化建設(shè)主要采用預(yù)制式二次設(shè)備艙作為二次設(shè)備載體。

預(yù)制式二次設(shè)備艙是一種為電力二次設(shè)備提供可靠運行環(huán)境的箱式結(jié)構(gòu)，其底座一般由各類熱軋型鋼整體焊接成型，作為設(shè)備承重的受力構(gòu)件。艙體按材料和結(jié)構(gòu)形式主要分為鋼結(jié)構(gòu)艙、集裝箱艙、玻纖復(fù)合材料艙、玻璃鋼艙。各類型艙體對雨水、沙塵均具有良好的防護性能，運行單位也對艙體的防護等級非常重視。但對于艙體對內(nèi)部設(shè)備的電磁屏蔽性能關(guān)注不夠。

由于預(yù)制式設(shè)備艙一般就近置于一次設(shè)備附近，變電站內(nèi)各類型一次設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾對艙內(nèi)的二次設(shè)備正常運行存在不利影響，因此，預(yù)制式設(shè)備艙體的電磁屏蔽性能，是影響內(nèi)部設(shè)備運行狀態(tài)的重要技術(shù)指標。同時，艙內(nèi)設(shè)備的接地方式，也可有效減少電磁信號對設(shè)備的干擾。

1 電磁屏蔽的設(shè)計原則

1.1 電磁干擾的來源

電磁干擾的來源主要有高壓線路放電、大氣雷電、設(shè)備繼電器動作、變電站所開關(guān)動作、刀閘拉弧、主設(shè)備或輸電線路故障、直流及交流回路內(nèi)設(shè)備的操作及現(xiàn)場運維人員的移動通信設(shè)備等[1]。

1.2 電磁干擾的傳播方式

電磁干擾主要的傳播方式有線路干擾和輻射干擾。對封閉的箱體而言，電磁干擾的傳播途徑主要是箱體的通風孔洞、門窗的縫隙、外設(shè)安裝的縫隙、外部線纜進線孔等。

1.3 電磁屏蔽設(shè)計的注意事項

通過對電磁干擾的來源和傳播途徑的分析，可知電磁屏蔽設(shè)計過程中，需要注意以下問題：（1）作為屏蔽體的結(jié)構(gòu)件，應(yīng)當盡量減少不必要的孔洞，避免增加額外的縫隙。（2）如果由于散熱等原因必須開孔，則孔洞的形狀應(yīng)避免出現(xiàn)細長形，盡量開圓孔。如需保證開孔面積，應(yīng)采用多開小孔的方式。（3）應(yīng)當盡量保證屏蔽結(jié)構(gòu)的電連續(xù)性，即應(yīng)當使屏蔽結(jié)構(gòu)各個零部件之間互相導(dǎo)電。（4）進入屏蔽結(jié)構(gòu)的線纜要做好屏蔽措施，防止干擾由線纜進入屏蔽體內(nèi)部。

2 預(yù)制式設(shè)備艙的電磁泄露點及處理方法

如前所述，按材料與結(jié)構(gòu)形式，預(yù)制式設(shè)備艙分為鋼結(jié)構(gòu)艙、集裝箱艙、玻纖復(fù)合材料艙、玻璃鋼艙。各類型預(yù)制式設(shè)備艙底部均為金屬材料整體焊接成型，電磁泄露點主要在艙底的進出線孔。

集裝箱艙的艙壁和艙頂均由壓型鋼板整體焊接，形成密閉的六面體金屬箱體，艙體的整體電磁屏蔽性能優(yōu)異。鋼結(jié)構(gòu)艙外部圍護材料為非金屬水泥纖維板，為了形成與集裝箱艙類似的屏蔽箱體，需要在金屬龍骨與外部圍護板材之間，鋪設(shè)一層冷軋薄鋼板，鋼板之間的縫隙應(yīng)采用焊接方式填充。玻纖復(fù)合材料預(yù)制式設(shè)備艙整體采用非金屬材料，在電磁屏蔽性能上天然具有劣勢，如需整體提升電磁屏蔽性能，則可采用在玻纖復(fù)合材料配方中加入鋁粉或鎂粉作為添加劑，提升材料的整體屏蔽性能。玻璃鋼艙內(nèi)外部圍護材料也為非金屬材料，可采用在玻璃鋼內(nèi)壁整體粘貼金屬屏蔽薄膜的方式，提高艙體電磁屏蔽性能。

無論何種艙型，均需要配置艙門、通風孔、空調(diào)，而艙門的縫隙、通風孔的孔洞、空調(diào)安裝的間隙都是電磁泄露的主要通道（見圖1），需要進行針對性的電磁屏蔽設(shè)計。

圖1 預(yù)制式設(shè)備艙電磁泄露關(guān)鍵點示意

如圖1所示，對于預(yù)制式設(shè)備艙上的通風孔的電磁泄露防護，可采用加裝金屬屏蔽罩的方式處理。金屬屏蔽罩的結(jié)構(gòu)應(yīng)當根據(jù)孔洞屏蔽效能的影響因素進行針對性的設(shè)計。影響孔洞屏蔽效能的因素主要有孔的最大尺寸、孔的深度、孔間距以及孔的數(shù)量，其中影響最大的是孔的最大尺寸和孔的深度。

由于屏蔽效能只與孔的最大尺寸有關(guān)，而與孔的面積并沒有直接關(guān)系，因此，應(yīng)當盡量在艙體通風口的金屬屏蔽罩上開圓孔，在最大限度增大通風面積的前提下盡量減少孔的最大尺寸。

對于預(yù)制式設(shè)備艙門縫隙的電磁泄露防護，可采用在門與門框接觸位置加裝金屬導(dǎo)電簧片的方式，使門與門框直接形成電連續(xù)，從而避免門縫處產(chǎn)生的電磁泄露。

為了盡可能節(jié)約成本，在粘貼金屬導(dǎo)電簧片時，可采用間隔一定距離，斷續(xù)粘貼的方式。金屬簧片之間間隔的最小距離，應(yīng)當小于電磁輻射波長的1/4。

對空調(diào)安裝過程中產(chǎn)生的縫隙，可采用在縫隙中關(guān)注可導(dǎo)電的密封膠，使空調(diào)外殼與艙體金屬封板之間產(chǎn)生電連續(xù)性。

另外，外部電纜通過艙體底部進出線孔進入艙內(nèi)，也是電磁信號泄露的重要通道。因此，所有進出預(yù)制式設(shè)備艙的電纜均應(yīng)使用屏蔽電纜，電纜的屏蔽層兩端接地。應(yīng)嚴格避免使用電纜內(nèi)的備用芯替代屏蔽層接地。電纜屏蔽層在進入預(yù)制式設(shè)備艙內(nèi)屏柜后，應(yīng)通過截面不小于4 mm2的專用多股軟銅線與屏柜內(nèi)接地銅排連接。

3 預(yù)制式設(shè)備艙內(nèi)外部接地方案介紹

對預(yù)制式設(shè)備艙體進行電磁屏蔽設(shè)計，是為了使艙內(nèi)設(shè)備不受外部電磁信號的干擾。為了達到這一目的，除了加強艙體的電磁屏蔽性能，還可以通過優(yōu)化艙體及艙內(nèi)設(shè)備接地方案的方式實現(xiàn)。

接地設(shè)施不僅可以為各種電氣設(shè)備提供一個公共的參考，而且在發(fā)生雷擊或故障時，能夠?qū)⒗纂娏骰蚬收想娏餮杆偕⒘?，從而限制地電位升高，達到保證人身和設(shè)備安全的效果，因此，設(shè)備可靠有效接地是保障預(yù)制式設(shè)備艙內(nèi)各類電氣設(shè)備安全穩(wěn)定運行的重要條件[2]。

預(yù)制式設(shè)備艙內(nèi)的接地系統(tǒng)可分為一次接地與二次接地。預(yù)制式設(shè)備艙內(nèi)設(shè)置有線纜夾層，用于艙內(nèi)光纜、電纜的收納與走線，線纜夾層上方需要鋪設(shè)防靜電地板。在線纜夾層中，應(yīng)按機柜布置的方向敷設(shè)截面積不小于100 mm2的專用銅排，將該專用銅排首末端連接，形成預(yù)制式設(shè)備艙內(nèi)二次等電位接地網(wǎng)[3]。

預(yù)制式設(shè)備艙內(nèi)所安裝的機柜內(nèi)應(yīng)設(shè)置一根或二根接地銅排。當機柜配置二根接地銅排時，其中一根應(yīng)與機柜絕緣安裝，作為信號地。作為信號接地用的接地銅排需采用截面不小于100 mm2的銅帶（纜）與艙內(nèi)二次等電位接地網(wǎng)連接，實現(xiàn)信號接地。柜內(nèi)不絕緣的接地銅排應(yīng)當通過接地線與柜體和預(yù)制式設(shè)備艙體可靠連接，實現(xiàn)安全接地。

艙內(nèi)二次等電位接地網(wǎng)采用 4根以上截面積不小于50 mm2的銅帶（纜）與艙體底座一點連接。艙體底座外部四角分別設(shè)置一個接地點，在變電站現(xiàn)場，根據(jù)工程需要，選擇其中一個接地點，與艙外主地網(wǎng)一點連接，實現(xiàn)一次接地。

4 結(jié)語

預(yù)制式設(shè)備艙對內(nèi)部電氣設(shè)備的防護不僅僅局限于對風雨沙塵的遮蔽，電磁屏蔽也是預(yù)制式設(shè)備艙的重要作用。在預(yù)制式設(shè)備艙電磁屏蔽設(shè)計過程中，首先遵循的原則是使預(yù)制式設(shè)備艙體成為連續(xù)導(dǎo)電的封閉箱體，在此基礎(chǔ)上對艙體表面的孔洞及縫隙進行封堵，對孔洞的封堵采用金屬屏蔽網(wǎng)，網(wǎng)眼開孔的原則是小而多，對門縫和其他設(shè)備的安裝間隙，采用填充導(dǎo)電簧片或其他導(dǎo)電材料的方式，實現(xiàn)各零部件的電連續(xù)。在提升預(yù)制式設(shè)備艙體屏蔽性能的基礎(chǔ)上，在艙內(nèi)設(shè)置二次等電位接地網(wǎng)，優(yōu)化內(nèi)部接地系統(tǒng)，可有效提升艙內(nèi)各電氣設(shè)備運行狀態(tài)的穩(wěn)定性。

[1] 包安群，王佳.微機保護裝置機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的電磁屏蔽措施[J].電力自動化設(shè)備，2001（7）：55-57.

[2] 張波，何金良，曾嶸.電力系統(tǒng)接地技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].高電壓技術(shù)，2015（8）：2569-2582.

[3] 國家電網(wǎng)公司基建部.Q/GDW 11157—2014預(yù)制式設(shè)備艙式二次組合設(shè)備技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2014.

Analysis on electromagnetic shielding and grounding scheme for prefabricated secondary equipment cabin

Sun Beijun
（Nanjing Guodian Nanzi Power Grid Automation Co., Ltd., Nanjing 211153, China）

The prefabricated secondary equipment cabin as a carrier for outdoor operation of secondary power equipment, providing various types of protection for internal secondary equipment. The shielding of electromagnetic interference is an important part of the protection of the cabin. In this paper, the weak points of the electromagnetic shielding of the prefabricated equipment cabin, such as the door gap, the vents, the gap of the air conditioning installation and so on are studied, and the solution to the electromagnetic leakage is proposed. At the same time, the scheme of grounding inside and outside the prefabricated equipment cabin is discussed, and the connection between the cabinet and the equipotential ground network is discussed.

prefabricated equipment cabin; electromagnetic shielding; grounding

孫蓓?。?982— ），男，江蘇南京人，工程師，碩士；研究方向：電力系統(tǒng)自動化設(shè)計、研究、工程應(yīng)用。