±800 kV特高压换流站阀厅及控制楼电磁屏蔽

张先伟，钟伟华

(中南电力设计院，武汉市，430071)

0 引言

特高压直流换流站会产生频率较为宽广的电磁干扰，对换流站及附近低压电力及电子器件及设备造成干扰，若不采取措施势必会造成这些低压元件及设备误动、拒动乃至设备本身受到损坏，从而导致换流站事故，所以必须采取措施对换流站内电磁干扰加以限制。

特高压换流站电磁干扰主要来源［1-4］有:

(1)换流阀导通及关断期间，由于电压击穿，导致换流阀、换流回路以及与换流阀相连的交、直流侧产生电流脉冲。

(2)空气中导体表面电晕放电而产生的电磁干扰(类似常规高压交流站)，该电磁干扰取决于带电导体上所施加的电压，并与天气有关。

电晕放电引起的电磁干扰在超高压及特高压变电站和换流站较为普遍［5］，该类干扰可以通过采用合理的导体结构设计加以控制。而换流阀产生的电磁干扰为换流站所独有，与换流站的运行直接相关。通过试验以及对已投运的高压直流换流站的测量表明，换流阀产生的电磁干扰的频率范围为9 kHz～2 MHz。

本文通过定性及定量分析，得出换流阀对控制楼二次及通信设备的电磁干扰来源及幅值，并结合换流站具体的布置情况，给出±800 kV云广特高压直流楚雄及穗东换流站应采取的电磁屏蔽措施。

1 电磁干扰模型

初步计算表明，云广特高压换流站阀电磁干扰的强度为 76 dBm(10 kHz)和 10 dBm(500 kHz)，500 kHz以上的干扰幅值非常低［6］。换流阀产生的电磁干扰有以下2种传播途径:

(1)通过换流回路经换流变压器或穿墙套管流向交、直流开关场和架空线路传播，该电流波形可以用线性递增的函数来表征，其上升率的典型值为2 ～ 6 A/μs。

(2)通过阀本身传播。换流阀可视为一系列导电环路，由阀缓冲回路元件构成，阀导通和关断时即产生暂态电流，其频率与缓冲回路元件参数有关。

由于云广±800 kV特高压穗东换流站和楚雄换流站阀厅及换流变压器布置不同，故上述电磁干扰的模型在2站中也有所不同，应分别加以研究。

1.1 楚雄换流站

楚雄换流站换流变压器采用“一”字形布置方式，全站设1座主控楼和1座辅控楼。楚雄换流站主控楼和辅控楼的电磁干扰主要来自换流阀、交流场和直流场，如图1所示，其电磁干扰强度如下。

(1)辅助控制楼:交流场引起的电磁干扰强度为170 V/m，直流场引起的电磁干扰强度为1 160 V/m，换流阀产生的电磁干扰强度为990 V/m。

(2)主控制楼:交流场引起的电磁干扰强度为170 V/m，直流场引起的电磁干扰强度为1 160 V/m，换流阀产生的电磁干扰强度为990 V/m。

图1 楚雄换流站控制楼布置及电磁干扰强度Fig.1 Arrangement of control building and electromagnetic disturbance intensity in Chuxiong converter station

1.2 穗东换流站

穗东换流站换流变压器采用“背靠背”布置方式，全站设1座主控楼和2座辅控楼，穗东换流站主控楼和辅控楼的电磁干扰同样来自换流阀、交流场和直流场，如图2所示，其电磁干扰强度如下。

图2 穗东换流站控制楼布置及电磁干扰强度Fig.2 Arrangement of control building and electromagnetic disturbance intensity in Suidong converter station

(1)辅助控制楼:交流场引起的电磁干扰强度为290 V/m，换流阀产生的电磁干扰强度700 V/m。

(2)主控制楼:交流场引起的电磁干扰强度为290 V/m，换流阀产生的电磁干扰强度1 970 V/m。

2 二次及通信设备最低屏蔽要求

干扰源对控制楼内二次及通信等低压设备的电磁干扰，可以采取2种方式加以避免:

(1)提高这些设备的抗扰度。

(2)将设备运行环境的电磁干扰水平限制在允许值以下，但不提高这些设备的抗扰能力。

考虑到降低设备造价，而使用通用的二次及通信设备，本工程采用第2种方法，即控制楼需采取屏蔽措施。另外，考虑到还需限制干扰源对换流站内外其他电力电子设备的影响，阀厅也应采取屏蔽措施，以上方案也为国内外直流换流站工程所普遍采用［7］。

云广特高压换流站二次及通信设备的符合IEC 61000-6-2及IEC TS 6-5标准对电磁兼容的要求，上述标准广泛应用于工业和其他类似环境，其规定二次及通信设备的抗电磁干扰水平为10 V/m［8-9］。

主控楼、阀厅最低屏蔽要求值［10-11］为

式中:Esta为站内实测干扰场强;Eimmu为设备抗干扰的能力，10 V/m。

对于实际应用，需考虑一定偏差及裕度，本工程最终将设备抗干扰能力确定为5 kV/m，则最低屏蔽要求值为

将2站换流阀，交、直流场电磁干扰水平代入式(2)，求得云广特高压楚雄换流站及穗东换流站最小电磁屏蔽要求值，见表1。

表1 云广特高压换流站阀厅、主控楼电磁屏蔽最小要求值Tab.1 Minimum requirements of electromagnetic shielding for valve halls and control buildings in Yun-Guang UHVDC converter stations

3 具体屏蔽措施

楚雄及穗东换流站控制楼及阀厅必须采取屏蔽措施，才能将控制楼内电磁干扰水平限制在安全范围内。这些屏蔽措施包括在建筑物所有外框安装金属板、有孔金属板、金属网。3种材料均能起到屏蔽作用，具体应根据屏蔽要求值及实际情况进行选择。

3.1 阀厅墙面、屋面的屏蔽

楚雄及穗东换流站阀厅墙面及屋面均采用金属板屏蔽方案，为兼顾低频(10～100 kHz)下的屏蔽要求，具体实施时采用了2 mm厚的金属板，该钢板实际可以达到超过60 dB的屏蔽效果(10 kHz至数MHz)，完全可以满足表1的要求。事实上，从某种角度而言，屋面、墙面金属板的安装配合较其本身对实际屏蔽效果影响更大，故以下措施必须严格执行:安装时应保证屋面及墙面金属板在交接处不应隔开，并有约10 cm的重叠，且用自攻防锈螺丝压紧，使得交接处有低阻抗电气连接。

另外研究表明，若屋面、墙面金属板交接处有间距，随着该间距的增大屏蔽效果也随之下降，如图3所示。

3.2 控制楼墙面、屋面的屏蔽

楚雄及穗东换流站控制楼墙面和屋面均采用金属网屏蔽方案。对于这种屏蔽结构，最重要的技术参数是金属网网孔大小以及组成金属网的金属自身外径，不同的网孔大小以及金属外径有不同的屏蔽效果，见表2。

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根据表1中楚雄站及穗东站关于控制楼屏蔽的要求，参照表2，2站控制楼墙面及屋面最终均选择了20 mm×20 mm、外径为3 mm的金属网格作为屏蔽手段。

3.3 阀厅和控制楼地面的屏蔽

为保证屏蔽效果，阀厅、主控楼地面也必须采取屏蔽措施。楚雄、穗东2站阀厅、主控楼地面采用了50 mm×50 mm，外径为4 mm的金属网进行屏蔽。除此以外，2站阀厅、控制楼地面基础一般为钢筋混凝土结构，混凝土中钢筋网网格尺寸约为15 cm×15 cm，且多为相互重叠布置，故无需特别考虑这些网格的相互连接。同时，为兼顾这些屏蔽网格接地，按5 m×5 m间隔焊接形成地网，并每隔5 m与墙面屏蔽金属板(或金属网)连接1次，这样可以保证墙体屏蔽层和楼板地网间无间隙。通过上述措施，阀厅、控制楼地面的屏蔽能满足表1中提出的要求。

3.4 阀厅和控制楼门、窗的屏蔽

阀厅和控制楼的门均采用实体金属门。窗采用加装金属网进行屏蔽，其规格为5 mm镀锌钢板网，应注意门窗屏蔽设施需与墙面屏蔽设施紧密相连。

4 结语

本文对云广±800 kV直流输电工程楚雄及穗东换流站换流阀产生的电磁干扰进行了分析。研究表明，楚雄换流站和穗东换流站电磁干扰均超过了二次及通信设备的耐受能力，需采取屏蔽措施。结合2站的实际情况，本文提出了阀厅、主控楼具体的屏蔽措施。

(1)换流站电磁干扰的频率范围为10 kHz至数MHz。

(2)虽然为保证控制楼的屏蔽效果并不一定要对阀厅采取屏蔽措施，但是考虑到换流阀电磁干扰可能会对换流站内、外其他设施造成干扰，故阀厅也应采取屏蔽措施。

(3)楚雄站、穗东站阀厅墙面及屋面采用金属板作为屏蔽措施。

(4)楚雄站、穗东站控制楼墙面及屋面采用金属网作为屏蔽措施。

(5)楚雄站、穗东站控制楼地面采用专门屏蔽金属网与土建钢筋混凝土金属网相结合作为屏蔽措施。

(6)屏蔽设施的安装对屏蔽效果影响较大。屏蔽设施安装时，应保证屋面、墙面以及地面屏蔽设施间没有空隙，并采用低阻抗的电气连接，才能实现既定的屏蔽要求。

［1］IEEE Std 1030-1987 IEEE guide for specification of high-voltage direct current systems:Part I:Steady-state performance［S］.New York:Published by the Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.，1988.

［2］赵畹君.高压直流输电工程技术［M］.北京:中国电力出版社，2004.

［3］DL/T 5223—2005高压直流换流站设计技术规定［S］.北京:中国电力出版，2005.

［4］Q/DG 1-A013—2008±800 kV高压直流换流站设计技术导则［S］.北京:中国电力工程顾问集团，2008.

［5］崔翔.2002年国际大电网会议系列报道:电力系统电磁兼容研究进展［J］.电力系统自动化，2003，27(4):1-5.

［6］Jaekel.Study report:Screening of converter station valve hall and control buildings［R］.Germany:SIEMENS，2007.

［7］Sven Berglund.Study report:Cables and marshaling［R］.Sweden:ABB，2000.

［8］IEC 61000-6-2—2005 Electromagnetic compatibility(EMC)-PART 6-2:General standards-Immunity for industrial environments［S］.Geneva:Published by IEC，2005.

［9］IEC TS 61000-6-5—2001 Electromagnetic compatibility(EMC)-PART 6-5:General standards-Immunity for power station and substation environments［S］.Geneva:Published by IEC，2001.

［10］NSA-65-6 Specification for shielding enclosures［S］.New York:Published by NSA，1996.

［11］IEEE Std 299—2006 Standard method for measuring effectiveness of electromagnetic shielding enclosures［S］.New York:Published by the Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc.，2006.