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變電所綜合自動化系統(tǒng)是自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等高科技在變電所領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。近年來,變電所綜合自動化技術(shù)得到了迅速的發(fā)展,并得到了廣泛的應(yīng)用。但是,變電所綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部各個子系統(tǒng)都為低電平的弱電系統(tǒng),它們所工作的環(huán)境是電磁干擾極其嚴(yán)重的強(qiáng)電場所,很容易受到這些電磁的干擾而不能正常工作,給電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來非常嚴(yán)重的后果。所以,提高自動化系統(tǒng)的抗電磁*力,有著非常重要的意義。
2 變電所內(nèi)電磁干擾來源、傳輸途徑和信號模式
2.1 電磁干擾的來源
目前,電力系統(tǒng)的電磁干擾源有外部干擾和內(nèi)部干擾兩個方面:外部干擾包括了高壓開關(guān)操作、雷電、短路故障、電暈放電、高電壓大電流的電纜和設(shè)備向周圍輻射電磁波、高頻載波、對講機(jī)等輻射干擾源,及附近電臺、通信等產(chǎn)生的電磁干擾、靜電放電等。內(nèi)部干擾是由自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、元件布置和生產(chǎn)工藝等決定的。主要有雜散電感、電容引起的不同信號感應(yīng),長線傳輸造成的波反射、寄生振蕩和尖峰信號引起的干擾等。但是,不論是內(nèi)部還是外部干擾,它們都具有相同的物理特性,所以消除和抑制的措施基本是相同的。
2.2 電磁干擾的傳輸途徑電磁干擾按傳輸途徑
可分為兩大類:傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾是通過干擾源和被干擾設(shè)備之間的公共阻抗進(jìn)行傳播的,輻射干擾是通過電磁波進(jìn)行傳播的。兩者之間會相互轉(zhuǎn)換,輻射干擾經(jīng)過導(dǎo)線可轉(zhuǎn)換成傳導(dǎo)干擾,傳導(dǎo)干擾又可通過導(dǎo)線形成輻射干擾。
2.3 電磁干擾的信號模式
電磁干擾信號按其出現(xiàn)的方式,可分成兩種模式:差模干擾和共模干擾。以串聯(lián)的方式出現(xiàn)在信號源回路之中的干擾信號稱為差模干擾,主要是由長線路傳輸?shù)幕ジ旭詈纤?。而共模干擾則是由網(wǎng)絡(luò)對地電位發(fā)生變化而引起的干擾,共模干擾有時(shí)也稱為對地干擾,它是造成自動化裝置不能正常工作的主要原因。
3 變電所內(nèi)的電磁兼容
變電所內(nèi)電磁兼容的意義是:電氣、電子設(shè)備或系統(tǒng)能夠在規(guī)定的電磁環(huán)境下不因電磁干擾而降低工作性能,它們本身所發(fā)射的電磁能量不影響其它設(shè)備的正常工作,從而達(dá)到互不干擾,在共同的電磁環(huán)境下一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。變電所綜合自動化系統(tǒng)以微機(jī)、集成電路和電子元件為主要部件,屬于電磁敏感設(shè)備,如果具有良好的電磁兼容性能,對保證自動化系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行有著十分重要的意義。解決其電磁兼容的途徑,主要應(yīng)當(dāng)從提高抗電磁干擾的能力入手。
4 變電所抗電磁干擾的措施
干擾對變電所綜合自動化系統(tǒng)在線運(yùn)行的影響是嚴(yán)重的,若不采取有效的措施,將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。消除或抑制電磁干擾可針對電磁干擾的三要素來進(jìn)行。電磁干擾三要素:干擾源、傳播途徑和電磁敏感設(shè)備。我們可在系統(tǒng)的硬件和軟件方面采取一些必要的措施,以期消除或抑制電磁干擾。下面就硬件方面談?wù)勛冸娝C合自動化系統(tǒng)的抗電磁干擾措施。
4.1 隔離和屏蔽
變電所的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)裝置以及其它自動化裝置所采集的模擬量,大多數(shù)來自一次系統(tǒng)的電壓互感器和電流互感器,它們均處于強(qiáng)電回路中,不能直接輸入到綜合自動化系統(tǒng),必須經(jīng)過設(shè)置在自動化系統(tǒng)各種交流回路中的隔離變壓器。這些隔離變壓器一次、二次中間必須有隔離層和屏蔽層,而且屏蔽層必須安全接地,這樣可起電場屏蔽作用,防止高頻信號通過分布電容進(jìn)入自動化系統(tǒng)的相應(yīng)部件。
變電所綜合自動化系統(tǒng)開關(guān)量的輸入,主要是斷路器、隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)等。開關(guān)量的輸出,大多數(shù)也是對斷路器、隔離開關(guān)的控制。這些斷路器和隔離開關(guān)都處于強(qiáng)電回路中,如果與自動化系統(tǒng)直接相連,必然會引起強(qiáng)的電磁干擾。因此要通過光耦合隔離或繼電器隔離,這樣會取得比較好的效果。開關(guān)量輸入回路前及信號變換部分應(yīng)考慮采用濾波,開關(guān)量輸入信號送給CPU之前,必須進(jìn)行隔離處理,可采用光電隔離,而且兩級光電隔離的效果會比較好,在開關(guān)量輸入板的出口處和CPU板的入口處各設(shè)置一級光電隔離。開關(guān)量輸出回路也應(yīng)該在前端采取隔離措施,可通過光耦合或繼電器進(jìn)行隔離,而且兩級隔離的效果比較好,在CPU板的出口處和開關(guān)量輸出板的入口處各設(shè)一級隔離。開關(guān)量輸出回路一般都用于控制現(xiàn)場的設(shè)備,要求實(shí)時(shí)性強(qiáng),所以一般不能加濾波器。
二次回路布線時(shí),應(yīng)考慮隔離,減少互感耦合,避免干擾由互感耦合侵入。控制電纜盡可能離開高壓母線,并盡可能減少平行布設(shè)長度。避雷器和避雷針的接地點(diǎn)、電容式電壓互感器等都是高頻暫態(tài)電流的入地點(diǎn),控制電纜也應(yīng)盡可能離開它們,以便減少感應(yīng)耦合。強(qiáng)、弱信號的電纜不應(yīng)使用同一根電纜,信號電纜應(yīng)盡可能避開電力電纜,盡量增大與電力電纜的距離,并盡量減少平行布設(shè)長度。
4.2 接地在變電所中,一次系統(tǒng)接地是以防雷和保證安全(系統(tǒng)中性點(diǎn)接地)為目的的,但它對二次回路的電磁兼容有重要的影響。如果接地合適,可以減少所內(nèi)的高頻瞬變電壓幅值,特別是減少電網(wǎng)中各點(diǎn)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。例如:①避雷針、避雷器的接地點(diǎn)應(yīng)采用兩根以上的接地線和加密接地網(wǎng)絡(luò);②設(shè)備接地處要增加接地網(wǎng)絡(luò)互連線;③設(shè)備接地線要接于地網(wǎng)導(dǎo)體交叉處。
二次系統(tǒng)的接地,從電磁兼容的角度來說,應(yīng)做到:①多個電路共用接地線時(shí),其阻抗應(yīng)盡量減少;②由多個電子器件組成的系統(tǒng),各電子器件的工作接地應(yīng)連在一起,通過一點(diǎn)與安全接地網(wǎng)相連;③工作接地網(wǎng)各點(diǎn)的電位應(yīng)盡量保持一致。
電磁干擾可能進(jìn)入綜合自動化系統(tǒng)弱電部分的主要途徑是通過微機(jī)電源。因?yàn)殡娫磁c干擾源的比較緊密,同時(shí)電源線直接連接至系統(tǒng)各部分,包括#$%部分,因此來自電源的干擾很容易引起死機(jī)。所以對微機(jī)電源的地線處理問題是很重要的。微機(jī)電源地線與機(jī)殼的連接方法有一點(diǎn)連接、多點(diǎn)連接和不連接三種。實(shí)踐中,多采用微機(jī)電源地線和機(jī)殼不連接,它的優(yōu)點(diǎn)是:由于干擾造成的流過電源的浪涌電流可大大減少,從而增加了抗共模干擾的能力,可明顯地提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。而缺點(diǎn)是:在電磁干擾下,對地電壓降在微機(jī)電源和機(jī)殼之間浮動,如果微機(jī)系統(tǒng)中某一關(guān)鍵部分對機(jī)殼的耦合電容較大,則可能引起邏輯判斷出錯。針對電源地線與機(jī)殼不連接的缺點(diǎn),我們可采用一些方法來盡量減少微機(jī)電源地線對機(jī)殼的耦合:①盡量減少地線長度,在允許的情況下加粗線徑;②微機(jī)系統(tǒng)的印刷電路板周圍都用電源線封閉起來;③印刷電路板上的要害部分不要走線過長,特別是不要引至面板。
4.3 微機(jī)電源的抗干擾
微機(jī)電源回路是電磁干擾zui容易進(jìn)入的通道,所以在電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中,對于同一試驗(yàn)等級,電源回路的試驗(yàn)電壓比其它回路高一倍,例如采用3級試驗(yàn)等級的EFT試驗(yàn),電源回路的試驗(yàn)電壓為2kV,其它回路為1kV。由于這個原因,所以電源回路必須采用比其它回路更多抗電磁干擾措施。對于微機(jī)電源的抗干擾,實(shí)踐中,采取如下措施都是很有效的:①在電源的輸入側(cè)安裝電源濾波器,可以濾去交流電源輸入的高頻干擾和高次諧波。在加裝濾波器時(shí)有兩個問題需要注意:一是選用合適類型的濾波器,不同類型的電源選擇的濾波器也不同,如線性穩(wěn)壓電源濾波器、開關(guān)電源濾波器等。二是必須在電源進(jìn)線的zui前端放置濾波器,使濾波器之前的電源進(jìn)線盡可能短,以盡量避免電磁干擾通過這段進(jìn)線竄入裝置內(nèi)對電路其它部分產(chǎn)生影響。在可能的情況下,可考慮將濾波器直接安裝在機(jī)箱上,讓濾波器的金屬外殼與機(jī)箱的金屬外殼緊密接觸;②在電源的輸入側(cè)安裝隔離變壓器,有隔離變壓器的輸出端直接向微機(jī)供電;③通過UPS電源向微機(jī)系統(tǒng)供電,可有效地抑制電網(wǎng)低頻正常狀態(tài)下的干擾。
5 結(jié)束語
隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展,電磁環(huán)境越來越惡劣,國內(nèi)外對產(chǎn)品的電磁兼容測試要求會越來越嚴(yán)格,選用嚴(yán)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*力,具有十分重要的意義。
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