分析高压换流站的电磁干扰3

华北电力大学电气0713班 蒋智宇

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：换流站 电磁干扰 屏蔽 滤波 接地

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，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

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、 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、 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、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，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、绝缘子表面放电及导线电晕产生的射频干扰

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、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、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、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

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、共模干扰：表现为出现在每个信号线对地的干扰电压相等，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、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、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

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

为了提高强电系统和弱电设备之间的电磁兼容性，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、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、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、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。

4、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、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、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，保持托架间距在一定范围； g) 将工作电压不同的电路几何位置分开。

7、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。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

SE20lgE1 E2磁场屏蔽效应为

SH20lgH1 H2其中：E1和H1是屏蔽前的值， E2和H2屏蔽后的对应值。

屏蔽效应低于20dB时，只能起到一定的减小电磁场的作用；（20—80）dB时，能将电磁场衰减到正常接收范围；在（80—120）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。

（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、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

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。