分析高压换流站的电磁干扰

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1、1分析高压换流站的电磁干扰问题分析高压换流站的电磁干扰问题华北电力大学电气 0713 班 蒋智宇摘要：摘要：随着高压、超高压直流输电的广泛应用，换流站也快速增加，由于换流站(包括整流 站和逆变站) 的特殊性，产生的各种电磁干扰问题与常规变电站也不尽相同。本文详细讨 论了换流站电磁干扰的产生、传输方式及电磁干扰的危害，提出了换流站防止电磁干扰的 具体措施。关键词：关键词：换流站 电磁干扰 屏蔽 滤波 接地 一、问题的提出一、问题的提出 换流站包括整流站和逆变站，设备复杂。特别是高压及超高压换流站存在和应用大量 电气、电子设备，形成了错综复杂的电磁环境。如何使换流站内的电气设备不受外来干扰 的影响

2、，也不对所处环境和其他设备造成干扰，即保证电气设备在复杂的电磁环境中能够 正常工作，同时又减少电气设备自身对环境产生的电磁污染，如何采取具体有效的抗干扰 措施，是必须解决的课题。 二、电磁干扰的产生及危害二、电磁干扰的产生及危害 电磁干扰源可分为自然干扰与人为干扰源。自然干扰源如雷电、宇宙辐射、太阳黑子 的干扰等；人为干扰源如变配电设备、换流设备、变频设备、架空输电线、无线电发射台 等。各种干扰源容易对周围的其他电气、电子设备形成电磁干扰，引发故障或者影响信号 的传输。另外，过度的电磁干扰会形成电磁污染，危害人们的身体健康，破坏生态平衡。 换流站的电磁干扰主要来自高压设备操作、换流阀的操作、低

3、压交直流回路内电气设备的 操作、雷电引起的浪涌电压、电气设备周围的静电场、电磁波辐射和输电线路或设备短路 故障所引起的瞬变过程等。 1 1、 自然干扰源自然干扰源 雷电干扰是最严重的。雷电流经避雷器入地，使得地网上的电位分布极不均匀，同时引 起地电位升高，这会使得对屏蔽层接在地网上的弱电系统电缆产生干扰。一部分幅值较低 的雷电流进入开关站后，将在弱电系统电缆上产生感应分量，或直接经过各电压等级的避 雷器进入弱电系统的电源系统。另外，雷击换流站附近物体，也将在弱电系统电缆上产生 感应干扰。使得弱电设备无法正常工作。对于信息系统电子设备来说，可能使设备停止工 作，造成巨大的经济损失。 2 2、 内

4、部干扰源内部干扰源 传导和辐射电磁干扰产生于换流阀的导通和关断过程。正、负极间电压的迅速变化导 致暂态电压和暂态电流产生带来的干扰。换流阀触发时将产生大量的射频干扰。 3 3、高压操作干扰、高压操作干扰 交流断路器及隔离刀闸等一次设备的操作，引起回路的状态发生变化，从一种稳定状 态经过振荡过渡到新的稳定状态，该过程将产生暂态过电压干扰。如开关投、切时，触头 之间将产生电弧重燃，在回路中形成一系列高频振荡，幅值等于电弧重燃 瞬间断口之间的 电位差。这种暂态具有很强的波头，通过静电耦合或电磁耦合而作用在附近的电缆上，引 起电磁干扰，对弱电系统设备包括继电保护、控制、信号、通信、监测等的仪器、仪表，

5、 特别是电子和微电子装置，其耐压水平和抗干扰能力都比较弱，如不采取措施，可能会影 响直流系统的安全运行。 4 4、绝缘子表面放电及导线电晕产生的射频干扰、绝缘子表面放电及导线电晕产生的射频干扰2当气候条件变化或在暂态电压的作用下，将会引起站内绝缘子的表面放电及导线表面 发生电晕，产生高频辐射场。其特点是范围广，传播距离远，虽不造成破坏性影响，但对 灵敏度较低的弱电设备产生不可忽视的干扰，以至造成保护误动作。 5 5、其他偶然干扰源、其他偶然干扰源 电容器投切、电容式电压互感器引起的谐振、变压器涌流、高压试验、低压操作、负 荷支路改变、铁磁谐振及过电压引起的间隙闪络等原因产生。过电压是一种严重的

6、电磁干 扰。换流站内有各种电磁干扰源。以微处理器等固态元件和计算机为基础的，包括检测、 控制、信号等系统的信息系统的应用不断增加，导致一些与干扰控制有关的特殊问题。从 换流站不同测控仪器设备发送的，通过长电缆传输的低幅值电信号，当达到接收端时，可 能发生畸变。接收信号中的干扰信号能引起测量和控制功能的误差，可能会损坏设备，导 致系统停 6 6、系统外部干扰源、系统外部干扰源 许多装置使用射频能量来完成功能，通过电磁感应在电子设备上产生危险的干扰信号。7 7、系统短路及地电位差、系统短路及地电位差 地网的典型结构为网状，作为接地故障时安全疏散故障能量的重要手段。大电流经接 地点流入地网，使地网电

7、位升高。如果弱电系统电缆的屏蔽层、互感器的二次绕组中性点 等的接地点靠近大电流的入地点，则这些接地点的电位会随之升高，将引起弱电设备的绝 缘击穿。另一方面，地网通常具有很大的面积，如果弱电系统电缆屏蔽层的两端与地网相 连，两端之间可能存在的较大的电位差，将有电流通过电缆的屏蔽层，通过电磁耦合在弱 电系统电缆的芯线上产生纵向感性电势，叠加在信号上造成干扰，对弱电系统具有很大的 危害性。当大电流流过电缆屏蔽层时，还会烧毁弱电系统电缆。 三、干扰的传播途径三、干扰的传播途径 干扰分为共模干扰和差模干扰，此外，还有多导线的交互干扰。 1 1、共模干扰：、共模干扰：表现为出现在每个信号线对地的干扰电压相

8、等，有以下原因产生： 静电感应：所有信号线与周围环境之间的电容相等，出现在两根信号线上的干扰电压相同；电磁感应：与每个信号线相链的磁场相同，出现在两根信号线上的干扰也相同。 2 2、差模干扰：、差模干扰：表现为干扰电压差动的出现在两个信号线之间，与所加信号相同的方式存在 于信号灵敏电路中，由以下原因产生： 静电感应：每个信号线与周围环境的电容不同； 电磁感应：磁场与每个信号线的链接不同； 共模干扰可以转化为差模干扰。 3 3、交互干扰：、交互干扰：当在多导线对的电缆中的一对传送或脉动直流信号时，由于容性和感性耦合， 导线对之间的信号相互叠加，为串音或交互干扰。 四、干扰耦合方式四、干扰耦合方式

9、 大量的研究表明，EMI（电磁干扰）主要耦合机理为： （1）从电力电路直接耦合到电缆； （2）从电力电路通过 CT 和 PT 耦合到电缆。 从干扰源把能量传递到干扰对象有两种方式：传导方式和辐射方式。因此从弱电设备 接收干扰的角度来看，耦合可分为传导耦合和辐射耦合两类。 传导耦合：指干扰源的电磁能量以电压或电流的形式通过金属导线、电阻、电容及电 感而耦合至弱电系统。 辐射耦合：指强电系统产生的电磁干扰辐射，干扰能量通过空间电磁波的形式传3播到弱电系统中，随弱电系统电缆的接地方式不同形成共模和差模干扰。 五、具体抑制干扰水平的技术措施五、具体抑制干扰水平的技术措施 为了提高强电系统和弱电设备之间

10、的电磁兼容性，需要削弱干扰源产生的电磁干扰的 幅值和出现的概率；切断干扰的传播途径；对弱电系统电缆采取完善的抗干扰措施；提高 弱电设备的抗干扰能力。具体技术措施主要有： 1 1、安装冲击抑制设备：、安装冲击抑制设备：采用氧化锌非线性电阻、二极管、电容或火花放电间隙等元件组成 抑制设备，并尽可能布置在靠近被保护的设备终端。 2 2、采用光缆：、采用光缆：采用光纤免受标准载流控制电缆的干扰源的影响。 3 3、安装安装隔离变压器：、安装安装隔离变压器：在微机电源的输入侧，安装隔离变压器，由隔离变压器的输出端 直接向计算机供电，这是很有效的抗干扰措施。用于平衡信号电路，使终端设备与低频地 电位隔离。

11、4 4、中和变压器：、中和变压器：用于消除低频电位差，适合交流和直流两种电路。 5 5、接地：、接地：接地装置的设计施工及运行情况的好坏不仅影响电力系统安全运行，也是影响换 流站电磁干扰的重要方面。合适的接地技术有助于消除内部和外部干扰源产生的干扰。 6 6、控制电缆的定位和隔离：、控制电缆的定位和隔离： a)合理布置电缆路线，提供控制电缆辐射状的路径； b)将控制电缆与汇流排和电源线成直角布置，以使耦合的电缆长度最小； c)将控制室布置在中间，以使控制电缆最短； d)控制线电源线间的距离尽可能大，两者应靠近导电的箱体布置； e)布置电缆时应避免偶然构成的回路； f)大多数应用场合，保持托架间

12、距在一定范围； g)将工作电压不同的电路几何位置分开。 7 7、屏蔽：、屏蔽：一次设备与自动化系统输入、输出的连接均采用屏蔽电缆，电缆的屏蔽层两端接 地，对电场耦合和磁耦合都有显著的削弱作用。当屏蔽层一点接地时屏蔽层电压为零，可 明显减少静电感应(电容耦合)电压；当两点接地时，干扰磁场在屏蔽层中感应电流，该电 流产生的磁通与干扰磁通方向相反，互相抵消，因而显著降低磁场耦合感应电压。 对于不同的干扰源频率，应采用不同的屏蔽方法。对于直流或低频电场，可以将灵敏 元件布置在高电导性材料的屏蔽中来实现静电屏蔽。 当高频电磁场出现在导电屏蔽上时，部分电磁波被屏蔽材料反射，没有反射的部分将 穿透屏蔽材料。

13、穿过屏蔽材料时，一部分电磁波将被衰减。因此施加在被屏蔽电路、元件 或系统上的电磁场将大大低于实际的外部电磁场。 屏蔽层衰减电磁场的效果，与材料的屏蔽效应有关。测量屏蔽效应的标准单位是分贝。 一般将分贝表示为 20 倍屏蔽前后电场强度或磁场强度比值的对数值。 电场屏蔽效应为 1220lgEESE磁场屏蔽效应为 1220lgHHSH其中：和是屏蔽前的值， 和屏蔽后的对应值。1E1H2E2H屏蔽效应低于 20dB 时，只能起到一定的减小电磁场的作用；（2080）dB 时，能将4电磁场衰减到正常接收范围；在（80120）dB 范围时，大于平均屏蔽效果。一般来说， 高于 120dB 的屏蔽效应很难达到。

14、 （1）电缆的屏蔽：采用金属管道、铜编织带、铜带或铝聚酯薄膜材料。 （2）电子设备的屏蔽：大多数电子装置布置在一般的钢箱体中，屏蔽效果会由于箱体 的不连续性而降低，如缝隙、电缆穿入和孔。 8 8、滤波、滤波：是抑制自动化系统模拟量输入通道传导干扰的主要手段之一。模拟量输入通道受 到的干扰(也称常态干扰)和共模干扰(也称共态干扰)两种。对于串人信号回路的差模干扰， 采用滤波的方法可以有效地滤波。因此，各模拟量输入回路都需要先经过一个滤波器，以 防止频率混迭。滤波器能很好地吸收差模浪涌。 如果差模干扰信号 Unm 的频率比被测信号 Us 的频率高，则采用低通滤波器来抑制高频差模 干扰；若 Unm 的频率比 Us 的频率低，则采用高通滤波器；若干扰信号 Unm 的频率落在 Us 频率的两侧，则采用带通滤波器。 六、小结六、小结 由于换流站内存在各种不同的干扰源，并且形成的机理也不同，因此，只有针对性的采 取相关抗干扰措施，才能使得换流站内的电磁干扰水平在允许范围内。以保证换流站设备 安全正常运行。参考文献参考文献 1 电磁兼容 马乃祥 2 电磁兼容总论 高攸刚 3 电磁兼容原理设计和预测技术 蔡仁钢 4 换流站电磁干扰 孙勇 魏俊杰 宋述波