电力系统自动化设备中电磁兼容技术的应用

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电力系统在运行过程当中，涉及自动并列装置、励磁调节装置、自动调频装置、重合闸等相关自动化设备，这些设备的运行状态较为复杂，可能会出现电路故障、脉冲信号干扰等问题，影响电力系统的正常运转。技术人员以及系统管理人员应当基于电磁兼容技术给出相应的优化与解决方案，使整个系统内部的抗干扰能力得到全面强化。

1 电磁兼容技术在电力系统自动化设备当中的应用价值

1.1 减少电磁波造成的干扰

随着电力系统自动化设备的广泛应用，其面临的电磁环境（EME）同样也日趋复杂，进而对系统设备造成相应的干扰。一般来说，电磁波干扰主要分为内部干扰以及外部干扰两种，内部干扰主要指的是工作电源漏电、信号耦合、导线互感等情况产生的干扰，而外部干扰主要指的是自动化设备外部运行环境如外部电压、大功率设备磁场以及空间电磁波造成的干扰等。通过电磁兼容技术的应用，能够进一步减少电力系统自动化设备运行过程当中造成的相对干扰，提升系统设备电磁兼容性水平。

1.2 强化设备运行稳定性

通过在电力系统自动化设备当中对电磁兼容技术进行应用，能够显著强化设备对于电磁环境的适应与抗干扰能力，进一步提升电力系统自动化设备的兼容稳定性以及运行稳定性。另外，依托电磁兼容技术还能对自动化设备所在的电磁环境进行全面净化，规避电磁污染的影响，提升自动化设备运行效率。

1.3 保障计算机信息的正常传输

电力系统自动化设备的运行往往由计算机进行控制，而相关数据信号的传输对于系统设备的运行具有关键性作用[1]。依托电磁兼容技术，能够确保计算机信息传输的准确性与可靠性，减少信息偏差与错漏，使自动化设备能够更加精准地按照计算机决策和指示开展相关工作，为推动电力系统自动化设备运行水平的进步提供支持。

2 电气自动化设备中电磁兼容技术的应用要求

2.1 依托滤波器进行干扰抑制

在电力系统自动化设备运行过程当中，采用滤波器对电磁干扰进行抑制是电磁兼容技术的首要应用方向。在设备运行的电磁干扰当中，主要涵盖了差模干扰以及共模干扰两方面内容，其中差模干扰幅度较小，频率较为低下，而共模干扰幅度较大，频率较高，为尽可能减少电磁干扰对整个电路造成的威胁，技术人员可针对电力系统设备运行状态引进EMI滤波器，使电路当中电流产生的磁通得到相互抵消，确保线圈电感值稳定不变，使电路当中的差模干扰信号以及共模干扰信号实现有效衰减，提升系统运行稳定性。

由于EMI滤波器具有一定的互异性特征，因此在接入电路的过程当中，应当遵循因地制宜的原则，针对其参数指标进行合理调节，使滤波器对于干扰信号的衰减能力达到相应要求。具体来说，技术人员应按照以下公式对EMI滤波器进行调节与控制。

A=-101g（1-|Γ|2）

式中，A为EMI滤波器在自动化电路当中的干扰信号衰减能力，Γ为EMI信号在自动化电路当中产生的反射情况。通过对滤波器进行接入和调节，能够使系统内部的电磁干扰得到显著抑制，使电路设计目标得到相应落实。

2.2 针对电路进行有效隔离

通过电路隔离设计，能够进一步降低系统内部自动化设备运行过程当中产生的RE，使设备运行过程当中的电磁环境状态更加稳定高效。在进行电路隔离设计的过程当中，技术人员应当考虑到EMC测试认证相关要求，基于CISPR11/EN55011、CISPR22/EN55022等相关标准文件当中的要求对电路设计进行优化与考量。现阶段，常见的电路隔离技术包括分立式电容安装技术、嵌入式电容安装技术、低辐射隔离器封装技术等手段和措施，技术人员以及设计人员可结合电力系统自动化设备的运行环境，以及运行状态进行合理选择，从而将CM电流传输控制在最小范围内，同时还能结合电磁抗干扰工作的相关要求，针对某一信号特征当中的噪声浓度进行有效处理，实现电磁兼容问题的改善目标。

2.3 结合实际选定干扰屏蔽策略

基于上文能够得知，电力系统内部的自动化设备类型较为丰富，运行环境较为多元，对于电磁干扰的处理要求同样也各有不同，因此为了更好地解决电力系统自动化设备面临的电磁兼容问题，进一步强化自动化设备运行效率与稳定性，技术人员还应当结合实际合理选用电磁干扰屏蔽策略，使其能够有效契合自动化设备运行特征。

具体来说，影响自动化设备电磁兼容性能的公式为：

N（ω）=G（ω）C（ω）/I（ω）

式中，N（ω）为电磁环境对于自动化设备产生的影响，G（ω）为电磁干扰的强度，C（ω）为电磁信号干扰系数，I（ω）为电力系统自动化设备对于复杂电磁环境下干扰情况的抵御能力。因此，在针对电磁干扰屏蔽隔离方案进行构建与设计的过程当中，应当分别针对上述指标数据展开分析和处理，使最终选定的解决方案能够更好地落实其预期设计要求以及设计目标，推动电力系统自动化设备运行效率的不断进步[2]。

3 解决电力自动化设备电磁兼容问题的主要措施

为更加有效地解决电力系统自动化设备运行状态下所面临的电磁兼容问题，强化设备兼容性能以及运行效果，相关技术人员应当基于以下几方面内容展开针对性工作，使复杂环境下的电磁干扰得到充分控制。

3.1 设备固有频率的校准与信号获取

作为电力系统自动化设备运行过程当中所表现出的首要特性，其不同运行状态下的频率特征可能会存在一定的差异，因此通过对设备固有频率进行校准并针对设备运行信号进行捕捉与获取，能够使信号传输流程更加准确高效，有效减少信号干扰给自动化设备运行流程当中产生的负面影响，强化决策指令的针对性与有效性。

自动化设备控制中心需要采用一致化的频率元器件，并结合数据分析技术以及计算机技术做好电路内部的电平核实、频率设计及谐波分离等相关工作，使自动化设备运行过程当中的信息反馈能够更加直观地为技术团队的设计提供参考信息。与此同时，在针对设备频率信号进行捕捉与获取的过程当中，技术人员还应当关注到设备运行信号的类别与形态，从而针对低频信号进行更加便捷地获取，使技术团队能够及时有效地掌握电磁信号内容。

3.2 合理开展电路接地设计

作为电力系统自动化设备运行过程当中抗电磁干扰的一项关键性技术手段，做好电路的接地设计，能够充分有效地抑制设备运行时可能面临的内外干扰特征，相较于其他抗干扰技术手段而言，开展电路接地设计工作，具有效果良好、成本低廉、应用便捷等优势，适宜进行推广。

一般来说，在电路接地设计领域当中，按照其接地方法以及接地作用主要可分为保护性接地以及功能性接地等两种主要方法，其中抗干扰接地设计属于功能性接地设计当中的一项重要组成部分。通过采用单点接地、多点接地或混合接地的形式能够进一步减少电路当中的自动化设备受电磁信号干扰所产生的影响，提升电路内部自动化设备的运行效率以及运行状态。一般来说，单点接地主要适用于频率≤1MHz的抗干扰设计项目当中，而多点接地则一般适用于频率≥30MHz的自动化设备运行环境当中。

在针对电路接地抗干扰方案进行设计与规划的过程当中，技术人员应当遵循适应性的编组与设计原则，将功率以及运行电平表现较为一致的设备进行编组设计，并合理选定差异化的接地策略以及接地方案，使接地抗干扰技术的优势得到进一步展现与发挥。

3.3 选用高质量的电源组

作为直接连接自动化设备与能源网络的关键性节点，电源组在电力系统自动化设备的运行过程当中同样也会产生一定的干扰，制约设备系统的运行效率以及运行质量[3]。因此，相关人员应当结合实际选择更加高质量的电源组，使系统当中可能存在的EMI以及EMC问题得到合理解决。在针对电源组进行选择和应用的过程当中，设计团队以及技术人员应主要关注以下几方面内容。

首先应当明确电源开关频率带来的信号衰减问题，在针对电源组进行选用之前，需要针对电源开关电路开展传导发射测试，针对30MHz至100MHz频率之间电源开关电路的谐波辐射信号进行测定，从而直观掌握开关电路信号的脉冲边缘，使EMI处理方案更具针对性与有效性。

其次，设计过程当中应当认识到散热元件所带来的共模噪声。在自动化设备电源组运行过程当中，需要针对性配置相关散热元件，从而使其运行性能能够达到预期标准。但从电气设备散热元件的正常运行状态来看，其同样会产生一定的共模干扰信号，为进一步减少散热元件造成的耦合干扰，在进行电源组设计时，应当针对散热元件的布局进行全面优化，并采用绝缘材料制成静电屏蔽板，放置于散热元件之间，使其内部可能发生的耦合干扰现象得到更加充分地控制，使电磁干扰得到进一步规避。

最后，电源组设计和选择过程当中，还应当做好电流泄漏的控制工作，并针对电源组电路当中接入的滤波设备进行更加全面的调试，使其最终性能能够达到自动化设备电源组抗干扰工作需求，实现电源组设计目标。

3.4 做好预埋线处理

在电力系统内部自动化设备的布局和运行过程当中，为了适应设备的运行状态以及运行环境，需要针对性做好预埋线的设计工作，相关设计团队应当考虑到电磁干扰现象造成的相关影响，并积极强化预埋线布局设计水平与质量，合理选定预埋线的类别、预埋线施工模式以及预埋线数量，并在正式开启运行之前，针对系统内部预埋线运行状态进行全面测试，使自动化设备整体抗干扰能力得到不断进步，为电力系统的稳定运行提供更加充分的技术支持。

3.5 适当进行降频控制

电力系统运行过程当中涉及的自动化设备类别较为丰富，运行状态以及运行需求较为多样，因此对于其系统内部的整体抗干扰设计工作提出了一定的挑战。为了更好地适应电力系统自动化设备抗干扰要求，提升系统电磁兼容性能，技术人员应当结合实际针对自动化设备适当进行降频控制工作，从而实现预期抗干扰设计目标。在构建频率控制方案之前，需要针对调制指数进行计算，具体公式如下：

B=Δf/fm

式中，B为电力系统自动化设备频率调制指数，Δf为自动化设备运行频率的变化幅度，fm为调制频率数值，通过对调制指数进行计算和验证过后，能够更加准确地掌握设备运行过程当中可能面临的电磁干扰阈值，从而提升其控制效果以及抗干扰设计效果，使电力系统内部设备的运行状态得到进一步提升。

3.6 优化电路板设计方案

作为系统运行控制的关键性元件，针对PCB电路板的设计方案进行全面优化成为降低电磁干扰影响，提升电力系统自动化设备运行质量的重要手段，技术人员以及设计人员应充分掌握电路板内部可能存在的各项电磁干扰源，并针对其微处理器、电源供电以及基本回路等相关设计方案进行全面优化，合理控制PCB电路板的尺寸参数以及电路布局形态，减少电磁信号传输过程当中噪声的影响。另外，在基于PCB电路板进行走线设计的过程当中，应尽可能遵循隔离走线、短接线的设计原则以及设计要求，并减少信号走线的分支。

综上所述，随着自动化技术的不断发展，如何强化电力设备运行效率，减少单位环境当中的电磁干扰，提升系统电磁兼容性能已成为技术人员需要解决的关键问题。相关单位应当充分认识到电磁干扰可能给系统设备造成的影响，并结合电路设计要素以及运行管理要素尽可能减少电磁信号噪声，使设备的运行更加安全稳定。