浅谈智能变电站的电磁兼容性测试

于同伟 杨兴超 葛维春 吴兴林

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳110000；2.许昌开普电器检测研究院，河南 许昌461000；3.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳110000）

1 智能变电站系统结构概述

智能变电站是智能电网变电调节的基础，也可以作为高级别电力调度中心的信息采集和命令执行单元，是智能电网生产环节中的重要组成部分。智能变电站的数字化对象主要包括一次设备和二次设备。通常利用高速的通信网络作为通信平台，通过标准化的数字信息化操作，可以实现变电站内外的信息实时共享和交互式操作；通过网络通信模式收集实时的变电数据，最终实现电力流量监控、实时状态监控、变电控制保护和信息化管理等一系列自动化变电管理。在电力逻辑管理上，变电站将过程层网络与间隔层网络相连接，在过程层网络中实现SMV采样值报文和GOOSE报文的信息传输，以便于实现电流电压流量的实际采样、开关量的上传分配和闸刀开合控制。

2 智能变电站的关键技术

智能变电站相较于传统变电站，其主要优势在于变电控制中高度集成的自动化操作，这些自动化操作都依赖于一些关键技术的支持。IEC61850标准是国际上通用的在电力行业中实现通信网络传输的信息规范和信息标准，不同于以往的通信标准，这种新型的通信标准能够对电力系统在变电控制中的数据进行实时传输，通过精确定义电站变电系统模型，采用分层通信技术进行智能变电控制。这类变电站的显著特点是具有小信息传输量和较好的扩展性；电子式互感器能够保证智能变电站内电子设备之间的兼容性和互操作性，基于通用的标准化通信接口、利用光物理学效应的原理，能够大大增强变电站系统的二次开发能力；智能开关技术是智能变电站自动化操作的终端环节，通过下达信息化指令，实现精确实时的电压电流调整、合闸角度调整和继电器开合调整等；在线监控技术则是保障智能变电站技术能够安全稳定运行的关键，通过对关键零部件包括电压器、继电器、断路器等，以及对变电控制中的温度、电子学信号特征、油温、水温等进行实时监控，能够采集实时信息，为下一步的操作提供参考。

3 智能变电站的电磁兼容性分析

通过分析智能变电站的工作机理及其得以顺利运行的关键技术，可以看出：智能变电站中大规模使用了电子设备和自动化控制设备，整个变电站可以被看作是一个功率强大的电磁激励源，在实际的运行过程中所产生的电磁干扰现象是不可撤销的，这对以微电子技术和信息技术为核心的电子设备的运行将产生极大的干扰，甚至会使得一部分灵敏设备出现失效现象。要对智能变电站中的智能电子设备进行终端保护，采用电磁兼容性测试将会是一个十分有效的措施。在变电站的电磁兼容性测试中，常见的测试内容主要有以下几种：

3.1 电力设备的人工短路测试

在目前主流的智能变电站的建设中，大量采用了电子式互感器技术、智能操作模块技术和智能控制集成系统等，以国家电网为代表的电力职能监管部门对于智能变电站的建设管理也提出了相应的管理意见和操作规范，人工短路实验是针对电磁兼容性所进行的最为常见的应对措施。该实验的主要目的在于验证以电子式互感器和智能化运行保障系统在电磁干扰下的运行可靠性，通过预先设定常见的故障工况，可以人为改变变电站内部的电磁环境水平，以此检验信号功率较小的二次性设备的抗电磁干扰的能力，对于保护回路和通信回路的抗干扰能力也是一个极大的考验。针对电磁兼容性的人工短路测试主要包含3个方面的内容：（1）对变电站内部的电磁场在局部短路条件下的磁场变化情况进行测试，获取实际的电磁场的变化数据，为后续的电磁兼容性测试比对提供精确的电磁场信息；（2）对变电站近端进行人工短路，目的是检验此类短路所带来的电磁场的变化，对以变压器和短路器为主的二次设备的电磁干扰的实际效果，通过逐个检验不同二次设备的干扰实况，寻找出近端短路所带来的电磁干扰最为明显的二次设备，并在后续的变电站管理中重点关注；（3）近端短路对于信息通信回路的影响也是主要测试内容，获取干扰峰值水平，有助于选择合适的通信元件，保障安全运行。

3.2 变电站内部的电磁环境变化分析

近端短路会直接造成局部电流过载，甚至是电弧的出现，这时电站内部的电磁场也会发生变化，常见的电磁场能的测试工具主要是工频或者射频场能测试仪，选择合适的测试点，参照国家关于《高压交流架空送电线路、变电站工频电场和磁场测量方法》，可以选用合适的电磁探头，进行精确的测量。与此同时，电磁辐射也是重点测试内容。具体测试步骤是根据短路闸刀在闭合前、闭合过程中和闭合后这3个阶段的电磁场能、电磁辐射功率的峰值，通过对这3个阶段的能量值进行分析，找出功率值最大的短路阶段点，以此作为变电站内部环境的电磁峰值点，以为后续智能变电站设备的设计和安装提供技术参考指标。

3.3 变电站近端二次设备的电磁干扰测试

智能变电站在近端布置了大量的以变压器、断路器和控制柜为代表的二次设备，这些设备大多为电子元器件设备，容易受到来自于短路所带来的电磁冲击的干扰。因此，常见的应对措施是选择3根绝缘层厚度不一的电缆放置在就地保护柜中，3根电缆的接线方式各有不同，一种为两头接地；一种为一头接地，另一头接在就地保护柜上；最后一个为两头均接在二次等电位网上。通过精密的数字型电子滤波器，可以实时观测到流经3根电缆的电压波形信号，当近端发生短路时，会对3根电缆发生相应的电磁冲击，电压信号也会发生扰动，扰动的瞬时峰值就是二次设备可能受到的最大的电磁干扰水平。实际测试中，要实时采集3个电缆的电压电流信号，多测几次取平均值，消除外界环境的噪声干扰。变电站智能设备能够抗干扰的标志是当发生电磁干扰时，智能终端尤其是敏感终端不发生信号剧烈波动、不会出现错误指令，且电流和电压信号的波动范围在电子元器件的额定波动范围之内。

3.4 变电站近端通信回路的电磁干扰分析

智能变电站多采用多层通信通道，这就需要在实际测试活动中，采用不同的模拟方式。主要实现手段是选用不同的屏蔽层和接地方式，选取多根通信电缆，电缆的数据流量要与实际的变电站用的电缆相匹配，长度偏长，接线形式有2种：一种为两头分别接在地网和等电位网上，一种为接运行屏，且电缆的屏蔽层均接地。测试工具为数字示波器，准确记录下电流信号波形和对地电压波形。测试有效数据为当发生短路故障时，各记录参数的瞬时波动峰值。分析测试数据可以直接获得通信回路的整体抗干扰能力和局部通信设备的抗电磁干扰能力以及变电站的电磁兼容性。如果通信回路在电磁干扰的作用下，能够保证电流信号和对地电压信号不失真，则其电磁抗干扰能力就能得到有效的保障。

4 结语

本文重点分析了智能变电站的系统结构和关键技术，而分析智能变电站的电磁兼容性能够更好地保障对智能变电站的有效管理，减少由于电磁干扰所带来的变电站运行故障，为更好地提高智能变电站的生产效率提供新的思路。

［1］司为国.智能变电站若干关键技术研究与工程应用［D］.上海：上海大学，2009

［2］冯子韬.变电站二次设备电磁兼容性能的评估［D］.天津：河北工业大学，2007