電力通信設(shè)備的電磁兼容性要求說明

1、電力通信設(shè)備的電磁兼容性要求湯效軍 韓天行發(fā)布時(shí)間：2009-5-14 18:01:00(國網(wǎng)南京自動(dòng)化研究院 電力工業(yè)通信設(shè)備質(zhì)檢中心,江蘇 南京 210003) 摘要:本文通過對電力通信設(shè)備電磁兼容性的分析,提出了對電磁兼容性進(jìn)行不同等級(jí),不同判據(jù)和不同項(xiàng)目的對待方式.并結(jié)合國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)通信設(shè)備電磁兼容性能規(guī)范的編寫,提出了對電力通信設(shè)備電磁兼容性能的一般性規(guī)范要求.本文提出的論點(diǎn)對我國電力通信設(shè)備電磁兼容性能的設(shè)計(jì),檢測和運(yùn)行要求具有一定的參考價(jià)值. 關(guān)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(lǐng)域在國家電網(wǎng)公

2、司努力打造"一強(qiáng)三優(yōu)"現(xiàn)代公司的宏偉目標(biāo)下,正在逐步實(shí)現(xiàn)技術(shù)上數(shù)字化,應(yīng)用上網(wǎng)絡(luò)化和運(yùn)行上規(guī)范化.針對電力通信專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)導(dǎo)則,國家電網(wǎng)公司已下達(dá)了電網(wǎng)通信設(shè)備電磁兼容性能規(guī)范企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制任務(wù),該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的制定將規(guī)范電力通信設(shè)備的電磁兼容技術(shù)要求,為保證電力系統(tǒng)安全,可靠運(yùn)行奠定基礎(chǔ). 電力通信設(shè)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(shè)備開關(guān)電源在生產(chǎn)調(diào)試過程中產(chǎn)品技術(shù)性能正常,一旦安裝到電力系統(tǒng)的變電站投入運(yùn)行后,經(jīng)常出現(xiàn)不正常的工作狀態(tài),如開關(guān)電源發(fā)生保護(hù),自行切斷供電的情況.更為嚴(yán)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(shí),另一回路上工

3、作的國外高頻保護(hù)通信設(shè)備收到干擾信號(hào),錯(cuò)發(fā)繼電保護(hù)跳閘信號(hào),導(dǎo)致電力系統(tǒng)故障的擴(kuò)大.以上的現(xiàn)象都是由于設(shè)備的電磁兼容性不符合要求所致.要求我們應(yīng)盡早規(guī)范電力通信設(shè)備電磁兼容性的技術(shù)要求. 1 對電力通信設(shè)備電磁兼容性的認(rèn)識(shí) 所謂電磁兼容性-EMC(Electromagnetic compatibility)包括兩個(gè)方面的含義,即設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁發(fā)射,不致影響其它設(shè)備或系統(tǒng)的功能;而本設(shè)備或系統(tǒng)的抗干擾能力,又足以使本設(shè)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(shè)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(shè)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(qiáng)電磁環(huán)境下的設(shè)備,其承受的電磁干擾將更加嚴(yán)重.而變電站的電力通信設(shè)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(hào)檢測狀態(tài),將更容易成為被干擾對象而造成該設(shè)備工作性能下降或停止工作.這一點(diǎn)使電力通信設(shè)備比其它電力自動(dòng)化設(shè)備的電磁兼容性要求更為嚴(yán)格和

5、重要. 電力通信設(shè)備是電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的一個(gè)部分,在討論其電磁兼容問題時(shí),不應(yīng)該把它孤立地作為一個(gè)電子設(shè)備來進(jìn)行,而要結(jié)合電力系統(tǒng)的電磁環(huán)境進(jìn)行綜合,全面地考慮.研究電力通信設(shè)備的中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力通信專委會(huì)第七屆學(xué)術(shù)會(huì)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(shí)降低設(shè)備對周圍其它設(shè)備的干擾程度,從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性.然而,設(shè)備抗干擾性能的提高并不是無限度的,無論是從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都是不現(xiàn)實(shí)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(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上,對電力通信設(shè)備所處的電磁環(huán)境進(jìn)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(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)體系現(xiàn)狀 電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)體系是由基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),通用標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)所組成,其結(jié)構(gòu)示意圖見圖13. 國際上主要的相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)是國際電工委員會(huì),其下屬的國際無線電干擾特別委員會(huì)(法文簡寫CISPR負(fù)責(zé)9kHz頻率以上電磁兼容標(biāo)準(zhǔn),主要是電磁發(fā)射部分,而IEC TC77技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)9kHz以下的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn),主要是抗擾度部分.但是由于CISPR組織成立較早,實(shí)際上標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容有所交叉.國際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系中的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)有IEC/CISPR 16無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備規(guī)范和測量方法和I

7、EC 61000-4電磁兼容(EMC)試驗(yàn)與測量技術(shù)兩個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn),該兩個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)已成為制定各種電氣產(chǎn)品電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù). 我國電力行業(yè)中遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)備采用的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)主要是GB/T 17626系列標(biāo)準(zhǔn),其中繼電保護(hù)設(shè)備主要采用GB/T 14598系列標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的部分.對于通信設(shè)備,現(xiàn)階段執(zhí)行的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 17626系列標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)和信息產(chǎn)業(yè)部的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),這些標(biāo)準(zhǔn)有: GB/T 17626.2 電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 靜電放電抗擾度試驗(yàn) GB/T 17626.3 電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù) 射頻電磁場輻射抗擾度試驗(yàn) GB/T 17626.4 電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 電

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

9、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的電磁兼容性要求及測量方法 YD/T 968-2002 電信終端設(shè)備電磁兼容性要求和測量方法 YD/T 993-2006 電信終端設(shè)備防雷技術(shù)要求及試驗(yàn)方法 YD/T 983-1998 通信電源設(shè)備電磁兼容性限值及測量方法 GB 9254-1998 信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測量方法 GB/T 17618-1998 信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限值和測量方法 此外,還有一些電力通信相關(guān)的產(chǎn)品或產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)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(jī) GB/T 15153.1-1998 遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)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(shù)條件 中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力通信專委會(huì)第七屆學(xué)術(shù)會(huì)議投稿 由以上標(biāo)準(zhǔn)列表可見,電力通信行業(yè)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)還處于缺乏統(tǒng)一規(guī)范的狀態(tài),在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的電磁兼容內(nèi)容中可能還存在測試項(xiàng)目的選擇不合理,試驗(yàn)級(jí)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(guān)于電網(wǎng)通信設(shè)備電磁兼容性能規(guī)范企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制任務(wù)就是要解決上述問題. 3 電磁兼容主要測試項(xiàng)目 電磁兼容性能試驗(yàn)包括電磁發(fā)射和抗擾度試驗(yàn)兩部分. 抗擾度試驗(yàn)根據(jù)電磁兼容的GB/T 17626系列基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),電磁兼容不同的測試項(xiàng)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(shí)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(yàn)項(xiàng)目分別做一簡述4. (1) 抗瞬態(tài)波騷擾源的試驗(yàn)項(xiàng)目有: 靜電放電抗擾度:檢查人或物體在接觸設(shè)備時(shí)所引起的放電(直接放電),以及人或物體對設(shè)備鄰近物體的放電(間接放電)時(shí)對設(shè)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(jī)械開關(guān)在切換電感性負(fù)載時(shí)或繼電器觸點(diǎn)彈跳時(shí)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(guān)切換所引起的單極性浪涌沖擊對設(shè)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(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)下接受此項(xiàng)試驗(yàn).本項(xiàng)不包括電纜或現(xiàn)場其它設(shè)備通過感性或容性耦合而引起的騷擾. 電壓暫降,短時(shí)中斷和電壓變化抗擾度:電壓暫降,短時(shí)中斷是由電網(wǎng),電力設(shè)施的故障突然出現(xiàn)大的變化引起的,在某些情況下,會(huì)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(fù)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(yàn)項(xiàng)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(yùn)行設(shè)備的影響. 射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)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(dǎo)騷擾對設(shè)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(hào)成分,對設(shè)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(qiáng)磁場對電子設(shè)備(尤其是帶有磁敏元件的設(shè)備)產(chǎn)生的影響. 射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度:考核產(chǎn)品或設(shè)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(yàn)是測量設(shè)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(xiàng)目分別針對不同的電磁騷擾類別,對于不同的電力通信設(shè)備應(yīng)合理地選

14、擇相應(yīng)的測試項(xiàng)目. 4 電力通信設(shè)備的端口 電力通信設(shè)備種類繁多,但其共性均為通過不同的端口實(shí)現(xiàn)通信及其功能.為此,有必要對電力通信設(shè)備的端口進(jìn)行定義,并按照其端口的類別提出電磁兼容測試項(xiàng)目及指標(biāo)要求.電力通信設(shè)備的中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力通信專委會(huì)第七屆學(xué)術(shù)會(huì)議投稿 電源端口:電力通信設(shè)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(shè)備的物理邊界. 功能地端口:電力通信設(shè)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(shè)備連接輸入信號(hào),以實(shí)現(xiàn)其功能的端口. 輸出端口:用于電力通信設(shè)備輸出所產(chǎn)生的信息的端口. 我們建議對電力通信設(shè)備各個(gè)端

15、口按照如下試驗(yàn)項(xiàng)目提出電磁兼容性的參數(shù)指標(biāo)要求: 對于電源端口和輸入輸出端口,建議做射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)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(yīng)的傳導(dǎo)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(dǎo)發(fā)射,有磁敏元件時(shí)加做工頻磁場抗擾度. 5 嚴(yán)酷等級(jí)要求 電力通信設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境大致可分為兩種情況. A類環(huán)境指嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境,具有以下特點(diǎn): (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(yán)酷等級(jí)更高的環(huán)境中的線路之間沒有隔離. (3) 電源,控制,信號(hào)和通信電纜之間沒有隔離. (4) 控制線和信號(hào)線使用同一個(gè)公共的多芯電纜. 電力系統(tǒng)中的戶外設(shè)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(yùn)行電壓達(dá)500kV的氣體絕緣開關(guān),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(diǎn): (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(yán)酷等級(jí)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(hào)和通信有專用的電纜. (4) 電源,控制,信號(hào)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(hù)接地系統(tǒng)的)電纜支架中的導(dǎo)電管,接地導(dǎo)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(shè)備,發(fā)電廠及露天高壓變電站的繼電保護(hù)室都屬于此類環(huán)境的典型例子. 根據(jù)電力通信設(shè)備所處的運(yùn)行環(huán)境,應(yīng)考慮提出不同的電磁兼容試驗(yàn)級(jí)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(jí)嚴(yán)酷等級(jí)要求,而在A類環(huán)境下需要滿足4級(jí)嚴(yán)酷等級(jí)要求. 6 判定條件要求 電磁兼容試驗(yàn)結(jié)果的評定條件分為四類: (1) A類:在技術(shù)要求限值內(nèi)性能正常; (2) B類:功能或性能暫時(shí)降低或喪失,但能自行恢復(fù); (3) C類:功能或性能暫時(shí)降低或喪失,但需操作者干預(yù)或

18、系統(tǒng)復(fù)位; (4) D類:因設(shè)備(元件)或軟件損壞,或數(shù)據(jù)丟失而造成不能自行恢復(fù)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(yīng)根據(jù)電力通信設(shè)備傳輸?shù)男畔⒅匾圆煌?來予以確定. 電力通信設(shè)備由于在通信網(wǎng)絡(luò)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(yàn)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(hù)信號(hào)和有傳輸時(shí)間實(shí)時(shí)性要求的設(shè)備按照A類判據(jù),工作于電力通信網(wǎng)絡(luò)中心位置的設(shè)備按照A類或者B類判據(jù),而工作與電力通信網(wǎng)絡(luò)邊緣位置的設(shè)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(guān)注的熱點(diǎn),電力通信設(shè)備的電磁兼容性更是在電網(wǎng)運(yùn)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(yùn)行.目前電力通信技術(shù)領(lǐng)域還沒有一個(gè)有針對性的電網(wǎng)通信設(shè)備電磁兼容性能的通用標(biāo)準(zhǔn),因此,本文所提出的內(nèi)容將對電力通信設(shè)備的電磁兼容性能要求具有普遍的實(shí)用價(jià)值.下面有幾點(diǎn)需要特別說明,以便于在電力通信設(shè)備研發(fā),生產(chǎn),檢測和招標(biāo)中注意: (1) 電磁兼容試驗(yàn)的結(jié)果由于其在試驗(yàn)過程中可能的影響因素比較多