电力通信设备电磁兼容标准体系建设

2014-02-13刘国军靳洋王智慧汪玉成

电力建设 2014年4期

刘国军，靳洋，王智慧，汪玉成

(1.中国电力科学研究院，北京市100192;2.安徽南瑞继远软件有限公司，合肥市230088)

0 引言

随着电网自动化、智能化的快速发展，通信对电网的支撑与保障要求越来越高，电力通信网运行安全直接影响到电网继电保护、安稳控制、自动化等关键业务运行，甚至威胁到电网运行安全。目前，大量高性能、智能化的通信设备应用到电网中［1-3］，如光传送网(optical transport network，OTN)、自动交换光网络(automatically switch optical network，ASON)、分组传送网(packet transport network，PTN)、无源光网络(ethernet-passive optical network，EPON)，电力通信设备受到电磁兼容干扰而影响到通信的问题越来越多［4］。相对于运营商通信设备部署方式，大部分电力通信设备部署在变电站与非通信机房内，特别是变电站受到电磁传导与辐射电磁干扰问题特别严重，因此电力通信设备电磁兼容问题也将被重点关注。

目前，在变电站电磁兼容研究方面，主要是针对变电站电磁环境［5-8］、变电站二次系统电磁兼容性要求［9-11］等方面进行研究;在电力通信设备电磁兼容研究方面，文献［4］分析电力通信设备通用电磁兼容性要求，提出了对电磁兼容性进行不同等级、不同判据和不同项目的处理方式。在电磁兼容标准体系研究方面，公网主要关注无线通信电磁兼容标准体系［12］。

为构建一个体系完整、系统、开放的电力通信设备电磁兼容标准体系，本文首先通过调研目前国际、国内及行业相关电磁兼容标准，详细分析电力通信设备电磁兼容标准需求;然后根据需求分析，结合IEC电磁兼容标准体系框架分类方法，提出电力通信设备电磁兼容标准体系架构，形成对应标准体系表。

1 电磁兼容通用标准体系

电磁兼容标准体系框架通常采用IEC(国际电工委员会)的标准分类方法［13-14］，即所有电磁兼容标准分成基础标准/出版物、通用标准/出版物、产品标准/出版物，其中产品标准又可分为系列产品标准和专用产品标准。每类标准都包括发射和抗扰度2个方面的标准，如图1所示。

图1 电磁兼容通用标准体系Fig.1 Electromagnetic compatibility generic standard system

基础类标准是基础EMC标准规定达到电磁兼容的一般和基本条件或规则。通用类标准是通用EMC标准，是关于特定环境下的电磁兼容标准。产品类标准是产品EMC标准根据适用于产品范围的大小和产品的特性。

2 需求分析

2.1 电磁环境分类需求

设备的抗扰度要求会受到环境的限制，设备的电磁兼容要求应当基于电磁环境的严酷等级，电磁兼容要求确保设备在其工作环境下正常工作［15］。目前，电力通信设备主要部署在电力公司中心站机房、变电站(换流站)、开闭站、环网柜、配电室、柱上开关等，各类环境电磁兼容特征及严酷度差异很大，特别是变电站(换流站)环境的电磁骚扰影响比较大。根据电力通信设备不同的部署位置以及电磁环境差异性，可从以下几方面考虑电力通信设备电磁环境分类:

(1)按通信设备部署方式，通信设备主要部署在通信机房与非通信机房;

(2)通信机房分为中心站通信机房与变电站通信机房，其中中心站通信机房电磁环境较好，而变电站通信机房易受到稳态干扰(如工频电压、电流与电场)与暂态干扰(如雷击、故障和开工操作等);

(3)非通信机房部署位置主要包括开关站、环网柜、配电室、柱上开关、变电站主控室、变电站开关场、配电箱等，这些部署位置特征是通信设备基本没有相关防护措施，甚至与一次设备部署在一起，直接受到传导与辐射耦合干扰比较大。

结合以上分析，必须考虑电力通信设备电磁环境分类情况，以及规定各种通信设备在电力各类电磁环境下的环境参数和环境特征的特征严酷度，确保电力通信设备的安全稳定运行是基于所处电磁环境的严酷等级。

2.2 电磁兼容性要求与测量方法需求

按照电力通信网网络类型分类，电力通信涉及到的通信设备类型主要包括传输网通信设备、业务网通信设备、支撑网通信设备和接入网通信设备。不同设备承载与保障的业务要求差异很大，各类设备对电磁兼容性要求等级不一，特别是承载重要生产业务的通信设备在电磁兼容要求方面应具有更多的特殊性和详细的性能要求。应根据业务的通信保障最低性能要求来确定通信设备的电磁兼容性能要求，并且需要对应的测量与试验方法。应从以下2个方面考虑电磁兼容性要求与测量方法需求:

(1)从设备类型、承载业务类型来考虑各类通信设备电磁兼容特殊与详细性能要求，即电磁兼容产品类要求;

(2)给出不同通信设备的电磁兼容试验配置、特定性能判据、测量与试验方法。

以上2个部分需求体现了电力通信设备电磁兼容性的特殊要求，是电力通信设备电磁兼容标准体系的重要组成部分。

2.3 电磁防护需求

由于目前还存在很多电力通信机房设计与装饰、通信设备安装与布置很少考虑电磁防护措施或电磁缓和措施，可以从以下3个方面提高电力通信设备电磁防护水平。

(1)对于骚扰源，要抑制发射。

(2)对于耦合，比如可通过减少耦合途径来达到电磁兼容的缓和措施，包括接地和搭接以及在各种设施里正确地选择和安装线缆等。

(3)对于敏感设备，要提高抗扰能力，比如通过提高壳体(包括机架和机柜)和设备本身对电磁干扰防护等级的性能要求。

2.4 运维管理需求

在运维管理方面，应加强电力通信设备电磁环境监测，电力通信设备电磁兼容相关缺陷、故障、检修纳入到电力通信运维管理中，通过加强对电力通信设备电磁兼容的运行及维护管理要求，有利于减少因电磁兼容降低通信性能或中断电网业务的通信缺陷与通信故障的发生，提高通信支撑电网业务的保障水平。

2.5 标准体系需求分析

电力通信设备电磁兼容标准体系建设需求主要体现在电磁环境分类、电磁兼容要求与测量方法、电磁防护与缓和措施、运维管理要求这4个方面，具体需求点与需求说明见表1。

表1 标准需求汇总表Tab.1 Summary of standard requirements

3 主要标准

为全面涵盖电力通信设备电磁兼容性各方面要求，保证电力通信设备电磁兼容标准体系的先进性和完整性。以下在电力通信设备电磁兼容性要求需求分析基础上，按照电磁环境类、电磁兼容要求与测量方法类、电磁防护及缓和措施类、运维管理类四大方面梳理相关主要参考标准，详见表2。

4 标准体系构建

4.1 标准体系构建原则

电力通信设备电磁兼容标准体系构建应在需求分析，梳理现有标准的基础上，按其内在联系形成一个科学的有机整体。构建时应遵循以下原则:

(1)完整性。制定电力通信设备电磁兼容标准体系要从系统角度出发，根据系统的各种组成要素从多角度综合考虑，形成完整的体系，使得后期对电力通信设备电磁兼容标准的制定与修订能起到有效的指导作用。

(2)协调性。即相关性、关联性。制定电力通信设备电磁兼容标准时，必须考虑到会对其他标准产生影响。特别应考虑与电力行业、企业内已有的相关标准的相容性。

表2 参考标准表Tab.2 Reference standard table

(3)开放性。电力通信设备电磁兼容标准体系应是一个开放的体系，能适应电力通信新技术的发展需求。标准体系的开放性使得标准的制定工作可以循序渐进地进行。

(4)目的性。电力通信设备电磁兼容标准体系应该能够指导电力通信设备电磁兼容试验与检测，有效增强电力通信设备电磁兼容性防护水平，确保电力通信设备的安全稳定运行，提高通信支撑电网业务的保障水平。

4.2 标准体系架构

电力通信设备电磁兼容标准体系总体架构可从2个层面进行构建。其中第一层面，依据IEC的标准体系分类方法，将电力通信设备电磁兼容标准分为基础标准、通用标准与产品类标准3类;另一层面，按照电力通信设备电磁兼容标准内在需求，可分为电磁环境、电磁兼容要求与测试方法、电磁防护及运行维护4个方面。

根据电力通信设备电磁兼容需求分析可知，基础标准包括电磁环境的分类;通用标准包括电磁兼容要求与测量方法总体要求、运维管理办法;产品类标准包括传输网设备电磁兼容要求与测量方法、业务网通信设备电磁兼容要求与测量方法、支撑网通信设备电磁兼容要求与测量方法、接入网通信设备电磁兼容要求与测量方法。构建的电力通信设备电磁兼容标准体系架构如图2所示。