浅析电磁干扰对电力设备影响及对策.pdf

1 5 8 内 蒙 古 水 利 2 0 1 0年第 6期( 总第 1 3 0期) 【 大 家 谈 】 浅析 电磁干扰对 电力设备影响及对策 张 成 斌 ( 福建泉州 山美水库 ， 福建 泉州 3 6 2 0 0 0 ) 摘要 文章分析 了电力设备产生电磁干扰 的渠道， 进 而说明了抑制 电磁干扰 的措施。 关键词 电磁干扰 ； 电力设备 ； 影响 ； 对策 、 中图分类号 ： T M 1 4 文章标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 0 0 8 8 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 1 5 8 0 2 1 电磁 干扰 的定义 电磁干扰( E MI ) 是指干扰电缆信号并降低信号完 好性的电子噪音 ， 它能引起装置 、 设备和系统性能降低 或对有生命物质产生损害作用的电磁现象 。它由干扰 源、 耦合通道和接受器 3部分构成。根据干扰传播的 途径， 电磁干扰分为辐射干扰和传导干扰。辐射干扰 是通过空问并 以电磁波的特性和规律传播 的， 传导干 扰是指通过导 电介质把一个电网络上的信号耦合到另 一 个电网络 ， 即传导干扰 的传播在于扰源和接受器之 间肯定有一完整的电路连接。 2 电力设备产 生电磁干扰的渠道 2 1 一次 回路 中开关操作 的干扰 主要是电力网中断路器 、 隔离开关等的操作 ， 引起 电容器组、 空载变压器、 电抗器 、 电动机等产生过电压 ， 引起电磁干扰 。供电网中电容、 电感元件均为储能元 件 ， 当供电网中发生操作或故障使其工作状 态发生变 化时 ， 将有过渡过程产生。在过渡过程中， 电源继续供 给能量 ， 且储存在 电感 中的磁能会在某一瞬间转变成 为以静电场能量的形式存储于电容中， 所以可产生数 倍于电压的操作过电压 ， 持续时间为几 ms 至几十 ms 。 在电力系统的实际生产中， 因一次回路的开关操作而 在二次回路中产生暂态干扰引起变 电站事故时有发 生 。 2 2 二次 回路的 干扰 二次回路的干扰 主要是通过电磁感应 而产生的。 变电站或发 电厂 的综合 电力设备的数字集成 电路装 置， 很多电力设备均是 由直流电源供电。在直流操作 回路中具有大电感线圈， 如开关分合 闸线圈、 电磁式继 电器工作线圈等。当直流回路断开时， 由于电感 内储 存的能量释放 ， 线圈两端可能产生几千伏的过电压 ， 这 种过电压可以直接或间接的影响由直流电源供电的二 次设备( 如微机保 护装置、 保护装置出 口继 电器等) ， 直流回路电感元件操作过电压通过线间耦合和传导将 在其他二次 回路中激发频率更高 的干扰电压。 2 3谐波 的干扰 电网谐波来 自于 3个方面： 一是发 电源质量不高 产生谐波 ； 二是输配电系统产生谐波 ； 三是用电设备产 生的谐波。谐波对一次设备的影响和危害主要表现在 以下几方面 ： 增加设备的损耗 ， 提高温升 ， 降低设备的 出力和寿命 ； 增加绝缘中的介质损耗和局部放电量 ， 加 速绝缘老化； 增加 电动机 的振动和噪音。谐波对二次 设备的主要影响是干扰其正常的工作状态， 诸如测量 的准确度 ， 动作的可靠性等。谐波对继 电保护装置的 干扰 ， 在故障情况下 ， 影响较大的是距离保护。阻抗继 电器是按系统的基波阻抗整定 的， 谐波的出现 特别是 3次谐波会引起很大 的测量误差 ， 严重 时可能导致拒 动或误 动 。 2 4阻性 耦合产 生的 干扰 高压输 电线对设备中感生电压及 电流， 重则危及 设备及人身安全 、 轻则 引起杂音等干扰。一次回路中 的高频振荡通过不 同耦合方式进入二次 回路 ： 阻性耦 合、 感性耦合 、 容性耦合。具体表现为 ： 对二次回路感 性和容性耦合， 通过电磁式电压互感器耦合 ； 通过电容 式电压互感器耦合 ； 通过耦合 电容耦合 ； 通过电流互感 器耦合。 2 5 雷击 的干扰 当雷电击中电网中的变 电站后， 大电流将经接地 点泄人地网， 使接地点电位大大升高 ， 若二次回路接地 浅析电磁干扰对 电力设备影响及对策张成斌 1 5 9 点靠近雷击大电流的入地点， N-次 回路接地点 电位 将随之升高 ， 会在二次同路中形成共模干扰 ， 引起过电 压 ， 严重时会造成二次设备绝缘击穿。 3 抑制 电磁干扰的措施 3 1 屏 蔽 屏蔽可分为电场屏蔽 、 磁场屏蔽和 电磁屏蔽。屏 蔽有 2个 目的 ： 限制设备 内辐射的电磁能量泄露到 外部 ； 防止外来的辐射干扰进入设备 ， 干扰设备的正 常工作 。 电屏蔽 的实质是减小 2个设备 ( 或 2个 电路 、 组 件 、 元件) 间电场感应的影响。电屏蔽 的原理 是在保 证 良好接地的条件下 ， 将干扰源所产生 的干扰 终止于 由良导体制成的屏蔽体 。因此， 接地 良好及选择 良导 体做为屏蔽体是电屏蔽能否起作用 的两个关键因素。 磁屏蔽的原理是 由屏蔽体对干扰磁场提供低磁阻 的磁通路 ， 从 而对干扰磁 场进 行分流。因而选 择钢 、 铁 、 坡莫合金等高磁导率 的材料和设计盒 、 壳等封闭壳 体成为磁屏蔽的两个关键 因素 。 电磁屏蔽的原理是由金属屏蔽体通过对电磁波的 反射和吸收来屏蔽辐射 干扰源的远区场 ， 即同时屏蔽 场 源所 产 生 的 电场 和 磁 场 分 量 。由 于 随 着 频 率 的 增 高， 波长变得与屏蔽体上孔缝的尺寸相 当， 从而导致屏 蔽体的孔缝泄漏成为电磁屏蔽最关键的控制要素。 3 2 滤 波 从电气工程上 ， 所有 的元件可以归纳为三类最基 本的元件 ， 即电阻 ， 电感和电容。电阻的阻值与交流电 的频率无关 ， 电感的阻值 ( 称为感抗) X =2 ,r r f L， 即与 交流电的频率成正 比 频率越高 ， 感抗越大。电容元件 则与电感元件相反 ， 它 的容抗 X c=1 2 r r f C， 即与交流 电频率反比， 因此 ， 电气工程上 ， 常利用 L C元 件对不 同频率交流电量的电抗不同， 对交流电量进行分流 ， 称 为滤波。为 了消除 电磁 干 扰 ， 就有 了 E MI滤 波器 。 E MI 滤波器作用是允许设备正常工作时的频率信号进 入设备 ， 而对高频的干扰信号有较大的阻碍作用。主 要体现为抑制交流电网中的高频干扰对设备的影响和 抑制设备对交流电网的干扰。它是一种由电感和 电容 组成的低通滤波器 ， 它能让低频的有用信号顺利通过 ， 而对高频干扰有抑制作用 。 3 3接地 接地是 电路 、 设备 、 系统工作 的基本技术要求之 一 ，也是 防止 干扰 的最 基本 的方 法 之 一 。 因为 接地 可 以使 电路 中的干扰 电流 回归大地 ， 因此正确的接地可 以有效地抑制干扰信号对其它设备的影响。 以上 3种基本方法都可以增强电磁设备的电磁兼 容性 ， 既可以单独采用实施 ， 也可以相互补充采用。从 对总体的作用考虑 ， 良好的接地可 以降低 干扰频率的 能量 ； 屏蔽能够隔离电磁辐射耦合的途径 ， 降低辐射的 能量 ； 而滤波则可以对通过 电源传导的干扰能量进行 衰 减 。 3 4 传 输设 备 的选择 电缆是系统中导致 电磁兼容 问题 的最主要因素 ， 在实际中经常发现 ： 当将设备上的外拖 电缆取下来时 ， 设备就可以顺利通过试验 ， 在现场中遇到 电磁干扰现 象时 ， 只要将 电缆拔下来 ， 故障现象就会消失 。这是因 为电缆是一根高效 的接收和辐射天线。另外 ， 电缆 中 的导线平行传输的距离最长 ， 因此导线之间存在较大 的分部电容和互电感 ， 这会导致导线之间发生信号 的 串扰 。解决电缆问题 的主要方法之一是对 电缆进行屏 蔽， 接地。但是屏蔽电缆应该怎样端接 ， 怎样的屏蔽电 缆才是有效的， 才能防止电磁场对电缆的干扰 、 导线之 间的信号串扰问题呢?这也是相 当困难 的事情 ， 因此 现在大都设备传输尽量由以前的电缆传输改为光纤传 输 。 光纤即为光导纤维的简称。光纤是以光波作为信 息载体 ， 以光纤作为传输媒介 的一种通信方式。从原 理上看 ， 构成光纤通信的基本物质要素是光纤 、 光源和 光检测器。在应用中， 光纤常按用途进行分类 ， 可分为 通信用光纤和传感用光纤 。 4结束语 电磁干扰在电力系统中是不可避免的 ， 在 自动化 工程设计及应用中 ， 只有充分考虑设备 的电磁兼容性 ， 并通过各种技术措施和管理办法消除电磁干扰 ， 才 能 提高设备的稳定性和可靠性。 ( 编校： 郭宝丽 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 9 2 6 作者简介： 张成斌( 1 9 7 6一) ， 男， 工程师， 从事电力通信维 护及弱电工程施工工作。