变电站电磁干扰及电磁兼容论文(整理版)

1、变电站综合自动化结课论文 班级：电自100 班 姓名： 学号：20100100变电站的电磁干扰及电磁兼容引言电力系统作为一个强大的电磁干扰源，在运行时会产生各种电磁干扰。各种以微电子和计算机技术为基础的二次设备（例如继电保护、远动、通信设备等）是干扰的敏感者，极易受到干扰影响而出现误动、程序运行异常等非正常工作状态，甚至造成元器件或者设备的损坏。随着智能电子设备、就地化智能终端和保护、高频率低电压微处理器、非常规互感器等新技术的采用，电力系统二次设备的抗干扰性能将面临更大的挑战。变电站综合自动化系统，是利用多台微机和大规模集成电路组成的自动化系统，代表常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央

2、信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。因此，变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。 变电站在电力系统中，是一次设备和二次设备最集中的场所。系统运行方式的变化、开关的动作、雷电流的出现以及二次回路电缆间的电磁耦合都会对二次回路产生干扰。因此， 变电站是电力系统电磁干扰和电磁兼容性问题的主要研究对象。本文将从电磁干扰源、电磁干扰危害以及防电磁干扰的措施三个方面对变电站电磁兼容问题做一定的阐述。一、电磁干扰

3、源分析变电站综合自动化系统的电磁干扰源有外部干扰和内部干扰两方面。内部干扰是由自动化系统结构、元件布置和生产工艺等决定。外部干扰源主要有交、直流回路开关操作、扰动性负荷(非线性负荷、波动性负荷)短路故障、大气过压(雷电)、静电、无线电干扰和和电磁脉冲等。变电站中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，二次回路本身也会产生干扰。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。因此，不加防范就会干扰二次设备的正常工作，严重时会造成二次设备绝缘击穿损坏，形成永久性故障。下面主要论述变电站中的电磁干扰源及其

4、特性。1、谐波的干扰电力系统是由电感、电阻和电容组成的网络，在一定的参数配合下可能对某些频率产生谐振， ,出现过电压和过电流。由于变压器铁芯的非线性，高次谐波电流会使电源电压波形畸变，电源的高次谐波电压通过电容耦合，会在二次设备上产生高次谐波感应电压和感应电流。当此电压和电流值超过某一数值时，就会造成二次设备误动或毁坏。2、开关量操作引起的干扰开关操作引起的干扰是变电站微机综合自动化系统所受到的最主要的电磁干扰。当线路或变压器发生短路故障时，开关 (断路器) 要做出跳闸动作。此时，在开关动、静触头间将发生开断、电弧重燃的反复过程。在此过程中将感应出很高的脉冲电压和高频振荡电流。当振荡电流和脉冲

5、电压与微机监控系统中要处理的开关量和脉冲量同频段时，将使监控和保护等二次系统受到影响，尤其对高速运行和传递数字逻辑信号的微机、计算机干扰更为严重。3、雷击干扰当雷电击中变电站后，大电流将经由接地点泄入地网，使接地点电位大大升高。若二次回路接地点靠近雷击大电流的入地点，则二次回路接地点的电位将随之升高，会在二次回路中形成共模干扰，形成过电压，严重时会造成二次设备绝缘击穿。对于二次电缆来说，由于电缆外皮两端与接地网相连，当有雷电流流过地网时。会在电缆两端产生电位差，电流将流过二次电缆的外皮，在二次电缆的芯线上感应出感应电势，叠加在信号上造成干扰。综合自动化变电站中有大量的数字集成电路装置，如远动R

6、TU装置、微机保护装置和微机故障录波装置等。这些装置的电源工作电压一般为5 V，对雷击干扰尤为敏感。如RTU装置，它是由微机处理器和计算机接口电路等构成，当雷电流通过电力电缆、户外二次电缆、交流工作电源等进入RTU主机时，会在RTU的外壳与大地之间产生一个瞬时达到几kV的高电压，该高电压将直接危害着RTU装置的运行安全，甚至会导致设备损坏。4、二次回路自身干扰二次回路自身的干扰主要是通过电磁感应而产生的。到目前为止，我国变电站综合自动化设备的数字集成电路装置，很多是采用单片机系统来实现的，单片机系统中的印刷电路板 ( PCB)上的器件均是由直流电源供电。而直流回路中有许多大电感线圈，在直流回路

7、进行开关操作时，线圈两端将出现过电压，它会在二次回路设备上感应出不利于二次设备正常工作的感应电压和感应电流，对PCB上的器件造成干扰，从而干扰单片机系统的正常工作。二、电磁干扰可能产生的后果     电磁干扰间可以顺利通过各种分布电容或分布电感耦合到变电站综合自动化系统中，一旦干扰侵入自动化系统内，便将对系统的正常工作造成严重影响，其干扰的后果各式各样，归纳起来有以下几类：   (1)  电源回路干扰。使计算机电源受干扰，造成计算机工作不稳定，甚至死机。  (2) 模拟量输入、输出通道

8、干扰后果。从TA(小电流互感器)或TV(小电压互感器)  的二次引线引入浪涌电压，造成采样数据错误，轻则影响采样精度和计量的准确度；重则可能引起微机保护误动，甚至可能损坏元器件。      (3) 开关量输入、输出通道干扰的后果。变电站现场断路器、隔离开关的辅助触点通过长线至开关量输入回路，其受干扰会产生辅助触点抖动，甚至造成分、合位置判断错误。开关量的输出通道由计算机的输出至断路器的跳、合闸的出口回路。除了易受外界引入的浪涌电压干扰外，自动装置内部，微计算机上电过程也容易有干扰信号，导致误动。 (4)

9、 CPU和数字电路受干扰的后果。当CPU正通过地址线送出一个地址信号时，若地址线受干扰，使传送的地址错误，导致取错指令、操作码或取错数据，结果有可能误判断或误发命令，也可能取到CPU不认识的指令操作码而停止工作或进入死循环；如果CPU在传送数据过程中，数据线受干扰，则造成数据错误，逻辑紊乱，对于微机保护装置来说也可能引起误动或拒动，或引起死机。计算机的随机RAM是存放中间计算结果、输入输出数据和重要标志的地方，在强电磁干扰下，可能引起RAM中部分区域的数据或标志出错。所引起的后果如数据线受干扰一样，也是很严重的。大部分自控装置的程序和各种定值存放在EPROM或电子盘中，如果EPROM

10、受干扰而程序或定值道破坏，将导致相应的自动装置无法工作。 三、变电站的电磁兼容技术措施     对于变电站综合自动化系统来说，消除或抑制干扰应针对电磁干扰的三要素进行，即消除或抑制干扰源；切断电磁耦合途径；降低装置本身对电磁干扰的敏感度。针对综合自动化系统在多个变电站的实际运行情况，下面介绍几种电磁兼容技术措施： (1) 拟制干扰源的影响。外部干扰源往往是通过连接导线端子串入自动化系统的，可采用屏蔽措施，具体的有一次设备与自动化系统输入、输出的连接采用带有金属外皮(屏蔽层)的控制电缆，电缆的屏蔽层两端接地，对电场耦

11、合和电磁耦合都有显著的削弱作用；二次设备内，综合自动化系统中的测量和微机保护或自控装置所采用的各类中间互感器的一、二次绕组之间加设屏蔽层，这样可起电场屏蔽作用，防止高频干扰信号通过分布电容进入自动化系统的相应部件；机箱或机柜的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可抑制外部高频干扰；变电站综合自动化系统的机柜和机箱采用铁质材料，使其本身也是一种屏蔽。 (2) 接地和减少共阻抗耦合。接地是变电站综合自动化系统电磁兼容的重要形式措施之一。该系统的地线种类有微机电源地和数字地、模拟地、信号地、噪声地、屏蔽地等五种地线。正确的工作接地，对系统的安全可靠工作来说关系重大，而且必须根据实际

12、情况灵活处理。  微机电源采取浮地方法即其零线不与机壳相连。这是目前变电站综合自动化系统和各种微机自动装置或微机保护装置经常采用的方法。这种方法必须尽量减少电源线同机壳之间的分布电容。  微机电源地与机壳共地。由于“浮地”或不良接地不仅破坏了接地系统的完整性，而且可能成为一个干扰分配系统。因此，对含有模数转换和高增益放大器的微机装置，宜采用微机电源地与机壳和大地共地的接线方式。这种共地方式可切除放大器正反馈通道，并可消除通过分布电容间导线耦合的低频干扰的影响。  一点接地。变电站综合自动化系统属于低频系统，且其各个子系统都由多块插件组

13、成，应尽量采用一点接地的原则。因为在低频的布线和元件问的电感并不是什么大问题，主要是避免接地电路形成环路，避免地线形成环流。  数字地和模拟地的处理。AD转换器的数字地通常和电源地是共地连接的，由于数字地上电平的跳跃会造成很大的尖峰干扰，会影响AD转换器的模拟地电平的波动，影响转换结果的精度。为此常采用模拟地和信号地连在一起浮空而不与数字地连在一起或采取数字地和模拟地共地或模拟地和数字地通过一对反相二极管相连接。  噪声地的处理。对于继电器或电动机等回路的噪声地，采取独立地的方式，不要与模拟地和数字地合在一起。 (3)电站综合自动化系统中，采取

14、良好的隔离可以减少于扰传导侵入。行之有效的隔离措施有以下几种：     模拟量的隔离。变电站的监控系统、微机保护装置以及其他自动装置所采集的模拟量处于强电回路中，必须经过设置在自动化系统各种交流输入回路中的隔离变压器TA、TV隔离，这些隔离变压器一、二次之间必须有屏蔽层，而且屏蔽层必须接安全地，才能起到比较好的屏蔽效果。     开关量输入、输出的隔离。变电站综合自动化系统开关量的输入，主要是断路器、隔离开关的辅助触点和主变压器分头位置等。开关量的输出，大多数也是对断路器、隔离开关和主变压器分接开关的控制。这些断路器和隔离开关都处于