电力系统电磁环境问题ProblemsofPowerSystemElectromagneticEnvironment电力部武汉高压研究所(武汉430074) 邬 雄 张文亮 摘 要 介绍了构成电磁环境的一些电磁现象和设备端口概念,提出电磁环境分类的一种方式并给出了变电站环境可能出现的各种电磁骚扰水平。Abstract Thispaperintroducessomeelectromagneticphenomenaexistingintheenviron-mentandtheconceptofports.Itgivesawayofclassifyingenvironmentandalsoasetofdistur-bancelevelpossiblyoccurredinasubstation.关键词 环境 端口 电磁现象 骚扰水平Keywords environment port electromagneticphenomena disturbancelevel

1 前 言电力系统的电磁环境是一个值得研究的问题。一则大电流、高电压输变电设施产生的无线电干扰、工频电场、磁场以及其他电效应的电磁现象对环境造成影响,应予控制;再则电力系统广泛采用微电子技术,越来越多的设备对电磁现象的敏感程度增加,要求设备的抗扰性达到一定的水平,但这并非意味着一个给定设备的抗扰性要以所有的现象为背景进行试验,也不应要求所有设备具有相同的抗扰性能。

2 电磁现象电磁环境是给定区域存在的全部电磁现象,大致可分为三类。即:低频现象,高频现象,静电放电(ESD)现象。低频和高频之间的分界线一般认为是9kHz。若一种现象有小的过冲而进入另一频率范围,则确定其骚扰类型时,占主要成分的频率范围的分界线可能要稍作移动以保持该现象在所描述的范围之内。211 低频电磁现象a)非线性负荷的谐波电流以谐波频率流过网络阻抗并引起相应的电压降落,形成谐波电压。工业负荷(诸如调速装置)、牵引整流器等组成的大型独立电源是电网中产生谐波的重要根源。b)电压波动来自工业负荷,诸如电弧炉(高压网络)、电焊机(低压网络)、电容器组等大负荷操作,是正常运行范围内网络电压幅值连续或随机重复的相对快的波动(频率为25次/s~1次/min),它使灯光发生闪烁(主要是小功率的白炽灯),而引起生理上的不适。这些快速的波动与正常情况下慢速的变化不同,后者不属电磁兼容问题。c)电压暂降和短时中断可持续一个半周期到若干s,>1min时,则是电源中断而非低频电磁兼容问题。这些电压暂降和短时中断有各种各样的原因,比如:高压线路或其他设备在故障时的自动重合闸(100~600ms);操作大负荷,特别是电动机和电容器组。d)电力系统的频率一般变化小于011Hz,但在网络受到骚扰时频率变化范围可达3%。e)附近的电缆中流过的低频电流可能在信号电缆和控制电缆中感应形成低频共模电压。耦合阻抗随与邻近电缆的距离以及有效的平行长度而改变。f)50/60Hz工频下的磁场是电力线路附近的空间磁场、变压器或其他电力系统设备的杂散场,也将遇到其它频率的场。磁场对信号和控制线路影响比较重要。g)在高压架空电力线路下和变电站内存在较强的电场。前5种为传导的低频现象,后2种称为辐射的低频现象。212 高频电磁现象a)传导的连续波(CW)电压和电流属性参数为:幅值、频率、调制与否和源阻抗。暴露在电

#33#1997年12月高电压技术第23卷第4期 磁场中的导体感应出对参考接地的电压,其幅值与导体的长度、在地面上方的高度、由杂散电容和经过其他设备形成的回路,以及其他一些因素有关。当长度大于1/6波长时,场强和感应电压之间的关系一般是线性的。当回路的尺寸接近1/4波长及其倍数时,会出现谐振效应。b)瞬态的传导现象分单向和振荡两种。如振荡脉冲,频率范围从1kHz(多为电容器操作)到若干MHz(多为本地振荡和开断操作),频率范围高端的峰值电压较高,低端则电压峰值较低;高能冲击(也称浪涌),一般是雷击后由供电网络或电缆传播的雷电波和熔断器动作后的操作波产生的。c)辐射电磁波也能够耦合到各种电缆线路中,进而传播到系统中,或直接耦合到设备中形成,它们源于辐射骚扰,有时也作为传导骚扰出现。d)辐射的脉冲骚扰是持续时间[200ms的辐射骚扰,其极性不变、时间大于它们的脉冲宽度的10倍,表现为非常复杂的波形。由于测量设备带宽的限制,有时只能得到部分地了解。213 静电放电静电放电(ESD)在一个带电的人或物体接近另一个人或物体时发生。ESD现象包含ESD电流和它产生的场两方面。ESD接收器受电场作用,当发生介质击穿时有一次性质复杂的瞬态放电,产生一个瞬态电磁场。ESD现象很强地依赖于环境的温度、湿度、周围电介质的性质等。

3 环境分类与设备的位置全面地描述环境中的电磁现象是困难的,也是不必要的。因为构成环境的电磁现象很多,但并非都具有相同的出现概率和影响作用,所以电磁环境分类,除前述的电磁现象外,主要是按设备安装和工作的位置与骚扰入侵的设备端口进行并用两个参数来规定电磁现象的骚扰情况:骚扰度和骚扰水平。前者是在与感兴趣的环境中所遇到的特定电磁现象相对应的骚扰水平范围内所规定的量化强度(或等级),后者是一个给定的、用特定的方法测量的电磁骚扰的水平。所有的电磁现象均可分为若干个骚扰度,每个骚扰度有相应的骚拓水平,对应于不同的环境。设备安装的位置千差万别,按照电磁现象的骚扰情况可归纳出若干类,比如居民区位置、商业区位置、重工业区位置以及通信中心等。变电站(或开关站)就属于重工业区一类。下面例举部分电磁现象针对设备端口可能达到的骚扰水平,其中Un为正常运行电压,n为谐波次数。a)外壳端口¹低频辐射:工频电场,20kV/m;工频磁场30A/m;谐波磁场30/nA/m。º高频振荡辐射:9kHz~27MHz,30V/m;27~1000MHz,10V/m。»高频脉冲辐射:雷电波脉冲,100V/(m#ns);GIS开关开断脉冲,3000V/(m#ns);非GIS开关开断脉冲,1000V/(m#ns)。b)交流电源端口¹谐波:各次谐波的骚扰水平随n变化。º低频传导:电压波动[10%Un;电压暂降[3s,(10~99)%Un;短时中断<60s,频率变化

2%。»高频传导:连续波(10kHz~150MHz),3v,21mA;单向暂态(雷电波),4kV;振荡暂态

(015~5MHz),2kV。c)直流电源端口¹低频传导:电压波动[3%Un;电压暂降[800ms,(10~99)%Un。

º高频传导:连续波(10kHz~150MHz),3V,21mA;单向暂态(雷电波),2kV。d)控制或信号端口高频传导:连续波,10V时70mA(10~150kHz),30V时210mA(0115~30MHz),3V时21mA(30~150MHz);单向暂态(雷电波),4kV;振荡暂态(015~5MHz),1kV。e)接地端口电力系统故障时的低频感应,1000V。

#34# Dec.1997HIGH VOLTAGE ENGINEERINGVol.23No.44 端口概念电磁骚扰以辐射和传导方式侵害设备。端口(如图1示)就如传输的/媒体0,通过这些端口,

图1 设备端口示意示图电磁骚扰进入(或出自)被考虑的设备,且骚扰现象的性质和骚扰程度与端口的类型有关。比如辐射骚扰如果是在所考虑的设备壳体以外耦合到与设备相连的导线上,那么对设备来说,就变成了从电源或信号端口进入的传导骚扰。而真正的辐射骚扰是通过设备外壳端口进入设备的骚扰(这里的外壳既可以是象金属层等那样的实际屏蔽,也可以是象塑料外壳那样没有电磁作用的屏蔽物)。

5 结 语电力系统的安全可靠与否,直接影响到国民经济发展和人民生活水平。由于电力系统的复杂电磁环境,所以系统中设备的抗扰性尤为重要,但是盲目地提高抗扰性,势必造成设备成本的增加。对电磁环境进行研究,按照设备的安装位置和传输电磁骚扰的设备端口对环境分类,这对选择抗扰性试验和合理改善设备的抗扰性是十分重要的。

参 考 文 献1 IEC61000-2-5Electromagneticcompatibility)Part2:Environment)Section5:ClassificationofElectromagneticEnvironment,199512 万保权等.电磁兼容国际标准介绍,c97北京电磁兼容标准化国际研讨会论文集,1997.(收稿日期 1997-10-08)

邬 雄 1962年生,硕士,高级工程师,从事电力系统环境和电磁兼容研究。

CSC)10000/35变压器通过船检认证1997年9月8日,顺德特种变压器厂开发研制的CSC)10000/35海洋平台树脂绝缘干式变压器通过中国船舶检验局船检认证。CSC)10000/35海洋平台树脂绝缘干式变压器是为胜利油田埕岛中心二号海洋平台开发研制的。树脂绝缘浇注干式变压器具有难燃、抗短路和雷电冲击强度高的特点,广泛应用于机场、地铁、电厂及高楼等的供配电场所。树脂绝缘干式变压器应用于海洋平台在我国尚无先例。为保证该产品的研制成功,顺德特种变压器厂、中国船级社广州分社、广州电器科学研究所和胜利石油管理局的有关专家及工程技术人员进行了广泛的探讨和相关技术的实验验证,作了系统完整的技术准备,为该产品的制造成功打下了坚实的基础。CSC)10000/35海洋平台树脂绝缘干式变压器的线圈采用圆筒式结构,用铜导线绕制,玻璃纤维拌绕,环氧树脂浇注成型;铁芯采用27ZH100高导磁硅钢片,阶梯接缝、拉板结构,铁芯外部用环氧漆密封。线圈和铁芯表面均进行了有效的防护处理。变压器的温控温显、风机、电线电缆等附件选用经过船检认证的产品。对变压器所用的金属件和绝缘材料均按通过防护试验的方案进行了表面处理。通过在电磁方案、结构设计、材料选用和表面处理上采取措施,既使变压器的电气性能参数和机械强度符合要求,又保证了变压器能适应海上平台的运行环境。经中国船级社对有关技术文件和CSC)10000/35产品图纸及相关短路冲击、冷热冲击、三防等型式试验报告进行的审查,以及验船师对产品的现场试验验收,认为该产品符合船检规范和批准图纸及产品技术条件,同意通过船检认证。该产品还具有损耗低、过载能力强、局部放电量小、阻燃安全、噪声低的优点。该产品的研制成功,表明我国树脂绝缘干式变压器进入了海洋平台应用领域。广东顺德特种变压器厂 徐亚兵 (收稿日期 1997-11-12)

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