电力机箱继电保护电磁兼容问题的研究

电力机箱继电保护电磁兼容问题的研究

屈琳易甜甜

（许继电气股份有限公司河南省许昌市461000）

摘要：随着电力系统的不断发展与完善，继电保护装置的电磁兼容环境也变得越来越复杂，一旦电磁兼容环境出现问题就会直接影响到继电保护装置的正常保护和自动化技术。所以，想要保证电力系统的正常行行，就必须考虑电磁兼容的问题。由于磁兼容标准是不断变化的，所以，一定要采取相关措施去提高电力机箱的抗干扰能力。以此来保证继电保护装置的正常运行和电力系统的运行安全。本文就电力机箱继电保护装置电磁兼容问题展开了研究。

关键词：电力机箱；继电保护装置；电磁兼容

引言：随着我国科学技的不断发展，越来越多的电力电子装置开始被应用到电力系统中，由于电力系统的工作环境非常复杂，一些电力电子装置经常会受到电磁干扰，尤其是一些大功率高频开关器件电子装置，一旦受到电磁干扰就会出现误动或拒动等电力故障，进而严重影响了电力系统的安全运行。为了保证电力系统的安全运行，在进行电力电子装置的产品设计时，就一定要考虑到电磁兼容的问题。据相关调查显示，大约有85%的电力电子装置在设计过程中都没有考虑过电磁兼容问题。一旦这些电力电子装置被应用到电力系统中，很可能会给电力系统带来一些不必要的麻烦，所以我国要不断提升电力电子装置的电磁兼容能力，时刻电磁兼容问题放在电力电子装置生产设计的第一位。

一、电磁兼容标准

国家标准GB／T4365—1995（等同EC60050）对电磁兼容的定义是：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何物体构成不能承受的电磁骚扰能力。从定义中可以看出，电磁兼容主要有两方面内容：一是该设备的抗外部电磁干扰能力：二是该设备对外部其他设备的电磁干扰能力。本文对常规继电保护装置的电磁兼容研究主要是从减轻外部对装置的干扰方面着手，没有针对装置对外部其他设备的干扰进行研究。到目前为止，我国应用于电力系统产品的电磁兼容抗扰度测试项目主要有以下5个：静电放电（ESD）、电快速瞬变脉；中群《EFT）、浪涌、工频磁场、衰减振荡波及高频辐射。采用的最新国际标准是IEC61000—4系列，其等效的最新国家标准是GB厂r17626系列。

二、电磁干扰对常规继电保护装置的影响

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常规继电保护装置，其主要干扰源有：开关操作产生的电弧放电、电晕放电，高频载波、对讲机等辐射干扰源，静电放电，大型变压器产生的交变磁场干扰等。而常规继电保护装置中极易接受干扰的单元较多，主要有：系统电力电子开关器件如智能功率模块（IPM）驱动电路，易于因干扰产生错误信号而使IPM出现桥臂直通等现象，导致其损坏；半导体逻辑元件、数字电路及CPU，易于因干扰信号而误动作或复位，有时甚至死机；运算放大器，易于产生较大的交流分量和零点漂移：控制用传感器，易于被电磁干扰而使采样信号失真，影响系统闭环稳定性。

三、继电保护装置的电磁兼容问题

继电保护装置的电磁兼容包括两方面的内容：其一，该装置抵抗外部的电磁干扰的能力，其二，该装置对于其他的相关设备抵抗电磁干扰的能力。尤其是外部设备对于该装置的干扰。

四、继电保护装置的电磁干扰源及特性

电力系统的组成是十分复杂的，其中包括一次设备和二次设备两种，这些设备都会对继电保护装置产生一定的，电磁干扰，最主要的电磁干扰来源主要有以下几种：第一，在进行开关操作时会产生一定的放电和高频射波，进而产生一定的电磁现场；第二，大型变压器也会带来一定的电磁辐射干扰，变压器会产生一定的静电放电，甚至会引起磁场的变化，这些都会对常规的继电保护装置产生电磁干扰，具体情况如下：

1.系统短路故障

在系统发生短路的情况下，大的电流会经过接地点而进入接地网，导致接地点以及整个的接地网中的电位升高。在这种情况下，若是接地网中的接地点和二次回路与大电流的入地点相距的较近，那么这些接地点中的电位也会随之升高，继而在二次回路上将会有干扰电压的产生。相关统计结果表明，在变电站中内高压的母线在单线接地的情况下，在芯线上产生的较严重的干扰电压。结果是产生的电压，其峰值将会达到近万伏。

2.辐射场的干扰

作为辐射场的干扰作用，主要的来源是变电站的工作人员中使用的一些无线通信工具，比如电话机等。另外，在变电站的内部，其相关设备有局部的放电，会产生辐射和干扰，比如，火花放电、沿面闪烙、电晕放电的电磁辐射和一些由高频载波而产生的一些电磁辐射更是不能忽视的。

3.静电放电的干扰

所谓静电现象指的是，由于两种绝缘财材料的介电常数不同，所以在相互发生摩擦的时候，会导致其中一种材料会被另一种材料二充电，即这种现象被称为是静电充电。然而当一个被充过电的物体再去接触别的导体时，它所携带的电荷就会通过导体而发生放电，就会产生出很强的电弧作用。由静电放电现象会产生放电的电流以及相应的较强的电磁场，从而会导致电路的相关器件产生故障而损坏。

五、继电保护装置的电磁兼容设计

常规的继电保护装置的电磁兼容设计，主要是根据产品正常工作状态中，所处的电磁环境条件来决定的，选择电磁兼容抗干扰性标准中相匹配的试验等级，进一步研究如何将抗电磁干扰的各种方法运用到装置以及设计的全过程中，最终使装置性能满足标准的电磁兼容性要求。

1.主电路相关的电磁兼容设计

在机箱的电磁兼容设计中，主要采用电磁屏蔽涉及的技术。所谓电磁屏蔽是运用金属隔离的原理，来控制电磁干扰由一个区域向另外的一个区域感应和辐射传播的使用方法。在利用常规继电保护装置结构的设计时，首先要使其产品主构件的几个部分之间有良好的电气连接，保证它们形成一个封闭的金属整体，其具体的做法就是在每个部分专门设置接点，其中接点的作用就是将所有的部分都连接起，其次，将装置的强电部分与弱电部分分开，在两部分之间加一层金属板以起屏蔽作用。

2.电源回路的电磁兼容设计

电源回路作为电磁干扰最容易进入的通道，所以，必须采用比其他回路更多更有效的抗电磁干扰措施。电源回路的电磁兼容设计中，主要采用滤波技术，使用电源滤波器是一个非常有效的方法。

3.采样回路的电磁兼容设计

采样回路的电磁兼容设计，由于电磁的干扰是直接由电流互感器以及电压互感器的初级引线而进入装置内部的，因此初级引线必须要短而且不能相互交叉，以此来减少彼此之间的相互干扰作用。其中，在设计印刷电路板时，要将强的电部分与弱电的部分在空间上分开来，在强电部分安装金属屏蔽罩，以减少强电部分对弱电电路的空间辐射电磁干扰。

4.控制器的电磁兼容设计

控制器的电磁兼容设计是整个处理电路的设计工作的核心，电路的电磁兼容设计质量直接影响着电力设备的工作性能。所以，一定要重视控制器的电磁兼容设计工作，从综合考虑的角度出发，主要考虑电路原理设计和电路板布线技术，一定要将电磁干扰程度降到最低。

可以采取的措施主要有：首先，集成电路闲置不用的输入端接地或接电源，其中闲置不用的运算放大器正输入端接地，而负输入端接输出端，在程序设计中采用容错技术。其次，系统在受到干扰发生程序执行方面的错乱时，可能会使执行错误或系统停运的工作，为了使系统能自动回到正常的运行状态，程序设计中就采用了容错技术。

结语：由于继电保护装置的受电磁干扰程度是不同的，并且是难以控制的，所以一定要采取有效措施来实现最大限度的减少继电保护器所受到的电磁干扰，只有解决好继电保护装置的电磁兼容问题，才能够使电力机箱发挥出其实际的作用，进而实现继电保护装置的正常运行，进而才能确保电力系统的正常运行。

参考文献：

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[2]冯冶.继电保护装置电磁兼容的设计与研究[J].中国科技投资，2017（3）：89-89.

[3]刘鹏宇.微机继电保护装置电磁兼容研究[J].电子测试，2016（10x）.