柔性直流输电换流站阀厅电磁兼容技术

牛帅

摘 要：柔性直流输电换流站阀厅表面会因一些实际需要而开孔，这是影响电磁屏蔽效能的主要因素。为了保证屏蔽体的屏蔽效能，必须对各种孔缝进行妥善的处理。本文给出了阀厅各部分的电磁屏蔽设计方案，有助于指导柔性直流输电换流站阀厅电磁兼容设计。

关键词：阀厅 电磁兼容 孔缝 电磁屏蔽1引言

阀厅电磁屏蔽的主要目的是抑制内部电磁骚扰的外泄。阀厅属于典型的大型屏蔽体，其尺度可达十到数十米。大型屏蔽体电磁屏蔽的主要特点是接缝多，这些接缝是由于大量金属板的搭接形成的。此外，屏蔽体表面还会因一些实际需要而开孔。由于金属板本身对除低频磁场以外的电磁场都具有很高的屏蔽效能，所以开孔和接缝是屏蔽体内外电磁耦合的主要途径，是影响电磁屏蔽效能的主要因素。

2 阀厅各部位的电磁屏蔽设计

2.1 阀厅墙壁上金属板的选取

对于10kHz频率以上的电磁波，包括相对较难屏蔽的磁场波（1米距离），0.5mm厚度的铝板或钢板均可提供45dB以上的屏蔽效能。考虑到10kHz频率以下的电磁骚扰主要以传导形式耦合进出，建议阀厅墙壁上用于电磁屏蔽的金属板可以选择0.5mm以上厚度的铝板或钢板。

2.2金属板的搭接间距的选取

阀厅的屏蔽属于大尺度不完整电磁屏蔽问题，需要通过用金属螺钉和螺栓搭接金属板来实现。搭接结构在建造阀厅屏蔽的过程中大量存在，因而搭接技术是影响阀厅屏蔽效能的最主要因素之一。搭接缝隙的长度（L）称为搭接长度，即相邻金属螺钉的间距，是决定阀厅屏蔽效能的关键之一。在相同的屏蔽效能要求下，搭接长度一般与电磁辐射的波长正相关。综合积累的理论、仿真和实验结果，在10kHz-10MHz频率范围，搭接长度L与屏蔽效能的对应关系大致如下：

（1）L=70cm，电场屏蔽效能40dB，磁场屏蔽效能20dB。

（2）L=35cm，电场屏蔽效能45dB，磁场屏蔽效能25dB。

（3）L=20cm，电场屏蔽效能50dB，磁场屏蔽效能30dB。

對上述结果进行拟合，可以得出相应的估计公式：在10kHz-10MHz频率，阀厅的电场和磁场屏蔽效能可分别按下式进行近似估计：

SEE=40+20log（70/L） （dB） （1）

SEH=20+20log（70/L） （dB） （2）

其中，搭接长度L以cm为单位。

在对金属屏蔽板进行搭接时应注意：金属表面要紧密接触、光滑、清洗干净并去除非导电物质；在搭接前应使搭接面干燥，搭接后要防潮；避免敲击已固定好的螺钉和反复打入、取出螺钉。

综合考虑，要想获得40dB的屏蔽效能，建议阀厅的搭接间距取20cm。

2.3 阀厅穿墙套管的电磁封堵

穿墙套管瓷套中有很多同心圆筒形管状的金属膜，构成穿墙套管的电容均压系统。穿墙套管中的这些同心圆筒形管状的金属膜对电磁辐射而言，构成了圆形波导管系统，对频率低于其截止频率的电磁辐射形成阻断而实现屏蔽作用，其电场的屏蔽效能可按如下公式进行计算：

SEE=32l/d （dB） （3）

式中，d为圆形波导管的内直径，应该远小于被屏蔽频率的电磁波波长的一半。l为波导管的长度。穿墙套管法兰还应与阀厅屏蔽体进行良好的电气连接。为了达到40dB的屏蔽效果，长度l应为直径d的1.25倍以上。

封堵材料的电磁屏蔽功能主要依靠其金属层来实现。在计算封堵材料的屏蔽效能时，考虑到封堵材料离阀厅内的电磁场源较近，选用了平板屏蔽体在近场情况下对磁场源的屏蔽效能的解析公式。计算时，考虑了碳钢的相对磁导率随频率的变化，假定干扰源距离封堵材料5m，计算了单层0.5mm、单层1mm厚及两层0.5mm厚钢板屏蔽效能的计算结果。计算时忽略了多次反射损耗。

结果表明，随频率的增加，吸收损耗和反射损耗都增大，总的屏蔽效能增加。当频率高于1kHz时，单层0.5mm厚钢板也能提供50dB以上的屏蔽效能。单层1mm厚钢板和单层0.5mm厚钢板相比较，两者反射损耗相同，但前者吸收损耗大一倍，因此越厚的板屏蔽越好。双层钢板和等厚的单层钢板相比，吸收损耗相同，但前者的反射损耗大一倍，因此把一块钢板分成两块等厚的钢板可以改善屏蔽效能。然而，如果波频率很高，以至于电磁波的趋肤深度远小于钢板厚度时，改善的余地会很小。

2.4 观察窗

观察窗应该铺设金属网或使用内含金属网的特制的透明玻璃。

观察窗的金属网应与阀厅屏蔽体进行良好的电气连接。将主要电磁骚扰源远离金属网放置也可明显减少其对外电磁泄露。

为了达到40dB以上的屏蔽效能，建议金属网的孔径为2cm。

2.5 屏蔽门

阀厅的门应该采用含钢板或铝板等导电材料制作的屏蔽门，钢板或铝板的厚度一般为1mm左右，或双层各厚0.5mm。屏蔽门与阀厅屏蔽体应通过弹簧铜片来做到良好的电气连接。相邻两个连接点的间距应在20cm以下。在相邻电气连接点之间的缝隙处应使用电磁密封衬垫，以进一步改善屏蔽效果。

2.6通风孔

可以采用如下两种方法解决通风口的屏蔽问题。

（1）含孔阵金属板。孔的形状应为圆形，孔的直径应尽可能小，至少2cm以下。在条件许可的情况下，相邻两孔之间的间距应尽量大。

（2）金属网。在通风孔上安装金属网，金属网与屏蔽体之间要可靠的电气连接，以防止缝隙的电磁辐射泄漏。

2.7 地面

阀厅的地面应采用钢筋混凝土建造。地面的钢筋网的网孔尺寸可按15cm×15cm选取。若混凝土中含多层钢筋网，可以适当扩大钢筋网的网孔尺寸。各层钢筋网之间可以不直接进行电气连接，此时各层钢筋网应该直接与换流站接地网多点电气连接。

2.8 天花板

阀厅的天花板可采用钢板制作，钢板厚度可以选1mm-2mm。钢板与钢板之间、钢板与阀厅屏蔽墙壁之间应具有良好的电气连接。这种连接可以通过每隔一段距离的螺钉铆接来实现。相邻螺钉的间距应在20cm左右。

阀厅的天花板也可采用金属网和其他非金属复合结构制作。金属网的网孔的尺寸在2cm以内。

参考文献：

[1]EMC Analysis Methods and Computational Models， F. M. tesche， Wiley Publication， 1986.

[2]Electromagnetic shielding， Salvatore Celozzl， Wiley Publication， 2008.

[3]Electromagnetic shielding， Kaiser， Taylor & Francis， 2006.