电力系统中继电保护的电磁兼容问题分析

张东寅

广东省电力技术改进公司，广东广州 510160

1 电力设备中电磁兼容主要电磁干扰方式

电力设备的电磁兼容的形成，主要是由于各行各业电力设备的增加，周围环境中无线通信设备、电动设备、高频设备的大量使用，设备相互之间形成的电磁干扰不断加剧导致的。

1.1 雷击干扰

当雷电击中电网中的变电站后，大电流将经接地点泄入地网，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。

1.2 二次回路自身的干扰

二次回路自身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，很多是采用单片机系统来实现的。由于该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，在进行开关操作时，线圈两端将出现过电压，它会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。

由于电力系统是由大量的一次设备和二次设备组成的，应用于这样一个复杂系统的微机型产品，其电磁干扰来源也是非常复杂的，其主要来源有：高压开关操作；雷电；短路故障；电晕放电；高电压、大电流的电缆和设备向周围辐射电磁波；高频载波、对讲机等辐射干扰源；附近的电台、通信等产生的电磁干扰；静电放电等。

因此，提高产品的电磁兼容性，应在产品的设计阶段就要认真考虑电磁兼容问题。

2 电力系统中各端口的电磁兼容的设计要求

2.1 外壳端囗的电磁兼容要求

1）电磁发射限值。规定了频率为30MHz～230MHz和230MHz～1 000MHz两个频率范围的辐射发射限值;

2）抗扰度试验。规定了射频电磁场辐射抗扰度和静电放电抗扰度试验的试验等级。

2.2 辅助电源端口的电磁兼容要求

1）电磁发射限值。规定了频率为0.15MHz～0.5MHz、0.5MHz～5MHz和5MHz～30Mhz三个频率范围内的传导发射限值；

2）抗扰度试验。规定了射频场感应的传导抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、1MHz（100kHz）脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度、直流辅助激励量中断抗扰度试验的试验等级。

2.3 通信端口的抗扰度试验

规定了射频场感应的传导抗扰度、电快速瞬变/脉冲群抗扰度、1MHz（100kHz）脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度试验的试验等级。

2.4 输入和输出端口的抗扰度试验

规定了射频场感应的传导抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、1MHz（100kHz）脉冲群抗扰度、浪涌（冲击）抗扰度、电网频率抗扰度试验的试验等级。

2.5 功能接地端口抗扰度试验

规定了射频场感应的传导抗扰度、电快速瞬变/脉冲群抗扰度试验的试验等级。

各端口的试验电压和耦合网络的参数，见表1。

表1 各端口的试验电压及电源阻抗

（试验发生器产生浪涌信号为：在开路情况下，试验电压波形应为1.2/50，在短路情况下，试验电流波形应为8/20。试验设备(包括浪涌发生器和耦合/去耦网络)应符合IEC61000-4-5的规定。）

3 抑制电磁干扰的措施

在任何系统中，形成EMC必须具备3个基本条件(称电磁干扰三要素)：存在干扰源、有对干扰源敏感的接收单元、有把能量从干扰源耦合到接受单元上的通道。根据电磁干扰的类型和特点，一般采取屏蔽、滤波和接地方法抑制电磁干扰。

3.1 屏蔽

屏蔽可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽3种，一般采取电磁屏蔽的方法来防止交变电磁场产生的干扰。屏蔽有两个目的：1）限制设备内辐射的电磁能量泄露到外部；2）防止外来的辐射干扰进入设备，干扰设备的正常工作。

3.2 滤波

滤波技术是滤除电源干扰的有效措施。

一般来讲，电源污染形成的干扰最为常见。随着电子技术的迅速发展，开关电源的应用日益普及。为此，从消除开关电源产生的电磁干扰角度看，还应考虑采用EMI滤波器。EMI滤波器的设计与传统滤波器不同，除了要对电磁干扰的高频带给以尽可能的衰减外，还要求在截止频率下，尽量使电源、负载阻抗和滤波器相应元件阻抗接近，并遵循两条基本原则：1）滤波器的串联电感要接到低阻抗电源或低阻抗负载；2）滤波器的并联电容要接到高阻抗电源或高阻抗负载。这样才能提高EMI滤波器的实际应用效果。滤波器的正确安装方式也很重要，如在线路板上安装，电磁干扰直接进入滤波器，就会降低滤波效果，所以滤波器必须屏蔽。

3.3 接地

正确的接地可以有效地抑制干扰信号对其它设备的影响。接地、滤波和屏蔽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。

4 结论

随着电力系统自动化设备的广泛应用和技术的进步，电磁兼容问题越来越突出，推广现有的、成熟的电磁兼容技术，建立完善的试验、测试制度和检验标准，研究电磁兼容新问题、新方向是电力系统应用技术的当务之急。在自动化工程设计及应用中，只要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就可以消除电磁干扰，提高设备的稳定性和可靠性。

[1]IEC60255－22－3：2000电气继电器第22-3部分量度继电器和保护装置的骚扰试验辐射电磁场骚扰试.

[2]赵端楷.电力设备电磁兼容问题研究.21IC中国电子网.

[3]韩天行，梁志成.继电保护及自动化设备电磁兼容标准的发展动向.国网电力科学研究院实验验证中心.

[4]文武，贾俊，阮江军.电力系统电磁兼容问题综述[J].长沙电力学院学报：自然科学版，2003(3).