電力通信設備的電磁兼容性要求說明

1、電力通信設備的電磁兼容性要求湯效軍 韓天行發(fā)布時間：2009-5-14 18:01:00(國網(wǎng)南京自動化研究院 電力工業(yè)通信設備質(zhì)檢中心,江蘇 南京 210003) 摘要:本文通過對電力通信設備電磁兼容性的分析,提出了對電磁兼容性進行不同等級,不同判據(jù)和不同項目的對待方式.并結(jié)合國家電網(wǎng)公司企業(yè)標準電網(wǎng)通信設備電磁兼容性能規(guī)范的編寫,提出了對電力通信設備電磁兼容性能的一般性規(guī)范要求.本文提出的論點對我國電力通信設備電磁兼容性能的設計,檢測和運行要求具有一定的參考價值. 關鍵詞:電磁兼容 電力通信 規(guī)范 0 引言 目前,我國電力通信事業(yè)伴隨著電力工業(yè)的蓬勃發(fā)展而快速成長,電力通信領域在國家電網(wǎng)公

2、司努力打造"一強三優(yōu)"現(xiàn)代公司的宏偉目標下,正在逐步實現(xiàn)技術上數(shù)字化,應用上網(wǎng)絡化和運行上規(guī)范化.針對電力通信專業(yè)標準體系架構(gòu)導則,國家電網(wǎng)公司已下達了電網(wǎng)通信設備電磁兼容性能規(guī)范企業(yè)標準的編制任務,該項標準的制定將規(guī)范電力通信設備的電磁兼容技術要求,為保證電力系統(tǒng)安全,可靠運行奠定基礎. 電力通信設備的電磁兼容問題由來已久,以前曾經(jīng)出現(xiàn)過電力通信設備開關電源在生產(chǎn)調(diào)試過程中產(chǎn)品技術性能正常,一旦安裝到電力系統(tǒng)的變電站投入運行后,經(jīng)常出現(xiàn)不正常的工作狀態(tài),如開關電源發(fā)生保護,自行切斷供電的情況.更為嚴重的是某省電網(wǎng)在500kV雙回線系統(tǒng)中一路出現(xiàn)接地短路故障時,另一回路上工

3、作的國外高頻保護通信設備收到干擾信號,錯發(fā)繼電保護跳閘信號,導致電力系統(tǒng)故障的擴大.以上的現(xiàn)象都是由于設備的電磁兼容性不符合要求所致.要求我們應盡早規(guī)范電力通信設備電磁兼容性的技術要求. 1 對電力通信設備電磁兼容性的認識 所謂電磁兼容性-EMC(Electromagnetic compatibility)包括兩個方面的含義,即設備或系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁發(fā)射,不致影響其它設備或系統(tǒng)的功能;而本設備或系統(tǒng)的抗干擾能力,又足以使本設備或系統(tǒng)的功能不受其它干擾的影響1.我們對任何可能引起裝置,設備或系統(tǒng)性能降低或者對有生命或無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象稱為電磁騷擾(Electromagnetic di

4、sturbance),而對電磁騷擾引起的設備,傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降稱為電磁干擾(Electromagnetic interference).減少電磁干擾的方法則是針對干擾的三要素,從抑制干擾源,切斷干擾傳播途徑,提高干擾受體的抗擾度水平出發(fā)來采取各種措施,如屏蔽,濾波和接地等方法. 電磁騷擾隨處可在,但對處于變電站強電磁環(huán)境下的設備,其承受的電磁干擾將更加嚴重.而變電站的電力通信設備由于其發(fā)信支路工作于功率發(fā)送狀態(tài),極易產(chǎn)生電磁騷擾;而收信支路又工作于弱信號檢測狀態(tài),將更容易成為被干擾對象而造成該設備工作性能下降或停止工作.這一點使電力通信設備比其它電力自動化設備的電磁兼容性要求更為嚴格和

5、重要. 電力通信設備是電力系統(tǒng)運行設備的一個部分,在討論其電磁兼容問題時,不應該把它孤立地作為一個電子設備來進行,而要結(jié)合電力系統(tǒng)的電磁環(huán)境進行綜合,全面地考慮.研究電力通信設備的中國電機工程學會電力通信專委會第七屆學術會議投稿 電磁兼容性能,最終的目的是提高其抵御各種電磁干擾的能力,同時降低設備對周圍其它設備的干擾程度,從而提高系統(tǒng)運行的可靠性.然而,設備抗干擾性能的提高并不是無限度的,無論是從技術上還是經(jīng)濟上都是不現(xiàn)實的.從電力系統(tǒng)這一總體電磁環(huán)境角度出發(fā),只有在對干擾源以及干擾耦合途徑進行深入研究的基礎上,對電力通信設備所處的電磁環(huán)境進行合理的評估,才能對其抗干擾性能提出合理的要求,并在

6、此基礎上研究提高其抗干擾能力以及抑制其所產(chǎn)生干擾的程度2. 2 電磁兼容的標準體系現(xiàn)狀 電磁兼容的標準體系是由基礎標準,通用標準,產(chǎn)品類標準和產(chǎn)品標準所組成,其結(jié)構(gòu)示意圖見圖13. 國際上主要的相關電磁兼容標準機構(gòu)是國際電工委員會,其下屬的國際無線電干擾特別委員會(法文簡寫CISPR負責9kHz頻率以上電磁兼容標準,主要是電磁發(fā)射部分,而IEC TC77技術委員會負責9kHz以下的電磁兼容標準,主要是抗擾度部分.但是由于CISPR組織成立較早,實際上標準內(nèi)容有所交叉.國際電工委員會IEC標準發(fā)布的電磁兼容標準體系中的基礎標準有IEC/CISPR 16無線電騷擾和抗擾度測量設備規(guī)范和測量方法和I

7、EC 61000-4電磁兼容(EMC)試驗與測量技術兩個系列標準,該兩個系列標準已成為制定各種電氣產(chǎn)品電磁兼容標準的依據(jù). 我國電力行業(yè)中遠動系統(tǒng)及設備采用的電磁兼容標準主要是GB/T 17626系列標準,其中繼電保護設備主要采用GB/T 14598系列標準中有關電磁兼容標準的部分.對于通信設備,現(xiàn)階段執(zhí)行的電磁兼容標準有GB/T 17626系列標準國家標準和信息產(chǎn)業(yè)部的有關標準,這些標準有: GB/T 17626.2 電磁兼容 試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗 GB/T 17626.3 電磁兼容試驗和測量技術 射頻電磁場輻射抗擾度試驗 GB/T 17626.4 電磁兼容 試驗和測量技術 電

8、快速瞬變脈沖群抗擾度試驗 GB/T 17626.5 電磁兼容試驗和測量技術 浪涌(沖擊)抗擾度試驗 GB/T 17626.6 電磁兼容 試驗和測量技術 射頻場感應的傳導騷擾抗擾度 GB/T 17626.8 電磁兼容 試驗和測量技術 工頻磁場抗擾度試驗 GB/T 17626.9 電磁兼容 試驗和測量技術 脈沖磁場抗擾度試驗 GB/T 17626.10 電磁兼容 試驗和測量技術 阻尼振蕩磁場抗擾度試驗 GB/T 17626.11 電磁兼容試驗和測量技術 電壓暫降,短時中斷和電壓變化的抗擾度試驗 GB/T 17626.12 電磁兼容 試驗和測量技術 振蕩波抗擾度試驗 GB 19286-2003 電信

9、網(wǎng)絡設備的電磁兼容性要求及測量方法 YD/T 968-2002 電信終端設備電磁兼容性要求和測量方法 YD/T 993-2006 電信終端設備防雷技術要求及試驗方法 YD/T 983-1998 通信電源設備電磁兼容性限值及測量方法 GB 9254-1998 信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法 GB/T 17618-1998 信息技術設備抗擾度限值和測量方法 此外,還有一些電力通信相關的產(chǎn)品或產(chǎn)品類標準中包含了電磁兼容的測試內(nèi)容,如: GB/T 7255-1998 單邊帶電力線載波機 GB/T 15153.1-1998 遠動設備及系統(tǒng) 第2部分:工作條件 第1篇:電源和電磁兼容性 DL/T

10、698-1999 低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)技術條件 中國電機工程學會電力通信專委會第七屆學術會議投稿 由以上標準列表可見,電力通信行業(yè)電磁兼容標準還處于缺乏統(tǒng)一規(guī)范的狀態(tài),在產(chǎn)品標準的電磁兼容內(nèi)容中可能還存在測試項目的選擇不合理,試驗級別和結(jié)果判定方法未定義或者不適用等問題.因此,這次國家電網(wǎng)公司關于電網(wǎng)通信設備電磁兼容性能規(guī)范企業(yè)標準的編制任務就是要解決上述問題. 3 電磁兼容主要測試項目 電磁兼容性能試驗包括電磁發(fā)射和抗擾度試驗兩部分. 抗擾度試驗根據(jù)電磁兼容的GB/T 17626系列基礎標準,電磁兼容不同的測試項目針對不同類型的電磁騷擾形式.我們可按照騷擾源作用的時間分為瞬態(tài)波騷擾源和連

11、續(xù)波騷擾源兩種.下面將一些常用的試驗項目分別做一簡述4. (1) 抗瞬態(tài)波騷擾源的試驗項目有: 靜電放電抗擾度:檢查人或物體在接觸設備時所引起的放電(直接放電),以及人或物體對設備鄰近物體的放電(間接放電)時對設備工作造成的影響. 電快速瞬變脈沖群抗擾度:模擬電網(wǎng)中眾多的機械開關在切換電感性負載時或繼電器觸點彈跳時所產(chǎn)生的干擾. 浪涌(沖擊)抗擾度:模擬自然界里的雷擊(間接雷)以及供電線路中因大型開關切換所引起的單極性浪涌沖擊對設備的影響. 脈沖磁場抗擾度:雷擊在金屬結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的浪涌電流或電力系統(tǒng)故障的起始暫態(tài)所引發(fā)的磁場,這類磁場與其產(chǎn)生源一樣是脈沖型的. 阻尼振蕩磁場抗擾度:阻尼振蕩磁場是

12、由高壓變電站的隔離刀閘切合高壓母線產(chǎn)生的,設備在運行狀態(tài)下接受此項試驗.本項不包括電纜或現(xiàn)場其它設備通過感性或容性耦合而引起的騷擾. 電壓暫降,短時中斷和電壓變化抗擾度:電壓暫降,短時中斷是由電網(wǎng),電力設施的故障突然出現(xiàn)大的變化引起的,在某些情況下,會出現(xiàn)兩次或更多次連續(xù)的暫降或中斷.電壓變化是由連接到電網(wǎng)的負荷連續(xù)變化引起的. 振蕩波抗擾度:由隔離刀閘操作可引起振蕩波,振蕩波分單次(振鈴波)和阻尼振蕩的脈沖群(阻尼振蕩波)兩種. (2) 抗連續(xù)波騷擾源的試驗項目有: 射頻電磁場輻射抗擾度:考核80MHz1000MHz頻率范圍的輻射電磁場對運行設備的影響. 射頻場感應的傳導騷擾抗擾度:考核0.

13、15MHz80MHz頻率范圍的輻射電磁場產(chǎn)生的傳導騷擾對設備的影響. 諧波和諧間波:諧波是處于基波頻率整數(shù)倍處的電磁騷擾,而諧間波是出現(xiàn)在非基波頻率整數(shù)倍處的連續(xù)的信號成分,對設備的影響. 工頻磁場抗擾度:用于模擬在輸電線或母線附近由于流過大電流所產(chǎn)生的工頻強磁場對電子設備(尤其是帶有磁敏元件的設備)產(chǎn)生的影響. 射頻場感應的傳導騷擾抗擾度:考核產(chǎn)品或設備通過電纜線耦合外界9kHz80MHz電磁騷擾后能否保持正常工作狀態(tài)的能力. 電磁發(fā)射試驗是測量設備在150kHz1GHz范圍內(nèi)對向外界輻射的無線電騷擾電平的限值. 以上各不同測試項目分別針對不同的電磁騷擾類別,對于不同的電力通信設備應合理地選

14、擇相應的測試項目. 4 電力通信設備的端口 電力通信設備種類繁多,但其共性均為通過不同的端口實現(xiàn)通信及其功能.為此,有必要對電力通信設備的端口進行定義,并按照其端口的類別提出電磁兼容測試項目及指標要求.電力通信設備的中國電機工程學會電力通信專委會第七屆學術會議投稿 電源端口:電力通信設備的交流或直流電源的輸入口. 外殼端口:電磁場可能輻射或沖擊通過的電力通信設備的物理邊界. 功能地端口:電力通信設備上的除了以電氣安全為目的之外的與大地連接的端口. 輸入端口:用于與其它電力通信設備連接輸入信號,以實現(xiàn)其功能的端口. 輸出端口:用于電力通信設備輸出所產(chǎn)生的信息的端口. 我們建議對電力通信設備各個端

15、口按照如下試驗項目提出電磁兼容性的參數(shù)指標要求: 對于電源端口和輸入輸出端口,建議做射頻場感應的傳導騷擾抗擾度,電快速瞬變脈沖群,振蕩波抗擾度,浪涌(沖擊)抗擾度. 對于有功率輸出的輸出端口,建議加做無線電騷擾限值. 對于功能地端口,建議做射頻場感應的傳導騷擾抗擾度,電快速瞬變脈沖群. 對于外殼端口,建議做射頻電磁場輻射抗擾度,靜電放電抗擾度,輻射發(fā)射,傳導發(fā)射,有磁敏元件時加做工頻磁場抗擾度. 5 嚴酷等級要求 電力通信設備的運行環(huán)境大致可分為兩種情況. A類環(huán)境指嚴酷的工業(yè)環(huán)境,具有以下特點: (1) 由繼電器和接觸器控制的電源,控制和功率回路中對電快速瞬變/脈沖群沒有抑制. (2) 工業(yè)

16、線路與其它處于嚴酷等級更高的環(huán)境中的線路之間沒有隔離. (3) 電源,控制,信號和通信電纜之間沒有隔離. (4) 控制線和信號線使用同一個公共的多芯電纜. 電力系統(tǒng)中的戶外設備如沒有采取特別措施的發(fā)電廠,戶外高壓變電站的配電廠地和運行電壓達500kV的氣體絕緣開關,都屬于此類環(huán)境的典型例子. B類環(huán)境指典型的工業(yè)環(huán)境,具有以下特點: (1) 在用繼電器(無接觸器)開斷的電源和控制回路中對電快速瞬變/脈沖群沒有抑制. (2) 工業(yè)線路與其它處于嚴酷等級更高的環(huán)境中的線路之間有不完善的隔離. (3) 電源,控制,信號和通信有專用的電纜. (4) 電源,控制,信號和通信電纜之間有不完善的隔離. (5

17、) 主要由(連結(jié)到保護接地系統(tǒng)的)電纜支架中的導電管,接地導體,以及接地網(wǎng)組成的接地系統(tǒng). 電力系統(tǒng)中的戶內(nèi)設備,發(fā)電廠及露天高壓變電站的繼電保護室都屬于此類環(huán)境的典型例子. 根據(jù)電力通信設備所處的運行環(huán)境,應考慮提出不同的電磁兼容試驗級別.例如,靜電放電抗擾度,電快速瞬變抗擾度,射頻電磁場輻射抗擾度等.一般在B類環(huán)境下需要滿足3級嚴酷等級要求,而在A類環(huán)境下需要滿足4級嚴酷等級要求. 6 判定條件要求 電磁兼容試驗結(jié)果的評定條件分為四類: (1) A類:在技術要求限值內(nèi)性能正常; (2) B類:功能或性能暫時降低或喪失,但能自行恢復; (3) C類:功能或性能暫時降低或喪失,但需操作者干預或

18、系統(tǒng)復位; (4) D類:因設備(元件)或軟件損壞,或數(shù)據(jù)丟失而造成不能自行恢復至正常狀態(tài)的功能降低或喪失. 顯然,上述四種結(jié)果中,A類結(jié)果可判定為合格,D類結(jié)果判定為不合格.B類和C類結(jié)果應根據(jù)電力通信設備傳輸?shù)男畔⒅匾圆煌?來予以確定. 電力通信設備由于在通信網(wǎng)絡中所處的位置不同,傳輸?shù)男畔⒅匾圆煌?其對于電磁兼容試驗結(jié)果的判定條件也需要區(qū)別對待.建議對于傳輸繼電保護信號和有傳輸時間實時性要求的設備按照A類判據(jù),工作于電力通信網(wǎng)絡中心位置的設備按照A類或者B類判據(jù),而工作與電力通信網(wǎng)絡邊緣位置的設備按照B類或者C類判據(jù). 7 結(jié) 束 語 電磁兼容概念是近幾年國內(nèi)普遍開始關注的熱點,電力通信設備的電磁兼容性更是在電網(wǎng)運行中占據(jù)著舉足輕重的重要地位,它的性能優(yōu)劣將直接影響到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行.目前電力通信技術領域還沒有一個有針對性的電網(wǎng)通信設備電磁兼容性能的通用標準,因此,本文所提出的內(nèi)容將對電力通信設備的電磁兼容性能要求具有普遍的實用價值.下面有幾點需要特別說明,以便于在電力通信設備研發(fā),生產(chǎn),檢測和招標中注意: (1) 電磁兼容試驗的結(jié)果由于其在試驗過程中可能的影響因素比較多