電子式電壓互感器電磁兼容性能設計

中圖分類號：TN03 文獻標志碼：B 文章編碼：1672-7274（2025）04-0081-04

Abstract： This article explores the electromagnetic compatibility performance of EVT and evaluates its performance under various electromagnetic conditions through experimentalanalysis.Corresponding electromagnetic compatibilitydesignprinciplesand improvementstrategies are proposed，including circuitdesign，internal structure design， power port anti-interference design，signal port electrostatic discharge protection，and chasis shielding performance optimization. The aim is to improve the electromagnetic compatibility performance ofEVT and ensure its stable and accurate operation in complex electromagnetic environments.

Keywords： electronic voltage transformer（EVT）; electromagnetic compatibility performance（EMC）; electromagnetic interference; electromagnetic sensitivity; circuit design

隨著電力系統的快速發展，電子式電壓互感器（EVT）作為電力系統中關鍵的測量設備，其性能的穩定性和可靠性對電力系統的安全穩定運行至關重要。電磁兼容性能是電子式電壓互感器的重要指標之一，直接關系到設備在復雜電磁環境中能否正常工作，以及是否會對其他設備造成電磁干擾。對電子式電壓互感器的電磁兼容性能進行深入研究和設計，對于提高電力系統的整體穩定性和安全性具有重要意義。

電子式電壓互感器電磁兼容性能概述

1.1電磁兼容性的定義與要求

電磁兼容性（EMC）是指設備或系統在一定電磁環境中不受干擾能正常工作，不對該環境中其他事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。對于電子式電壓互感器，電磁兼容性要求其在復雜的電磁環境中可以保持穩定的測量性能，不對其他設備產生電磁干擾。電子式電壓互感器在設計和制造過程中須考慮其電磁兼容性能，以及采取相應的措施進行保障[1]。

1.2電子式電壓互感器的工作原理

電子式電壓互感器的工作原理是利用電磁感應原理和高精度電子測量技術，將電力系統中的高電壓信號轉換為低電壓信號[2]。通常包括一次傳感器、二次轉換電路和信號處理單元等部分。一次傳感器用于將高電壓信號轉換為與一次電壓成正比的弱電流或電壓信號；二次轉換電路用于將弱電流或電壓信號進一步轉換為標準的數字信號或模擬信號；信號處理單元用于對信號進行濾波、放大、校準等處理，提高測量的準確性和穩定性。電子式互感器可以是如圖1中所示的測量一路電壓、電流及對應功率的電子式互感器，或者測量單路或多路電壓的電子式電壓互感器，或者測量單路或多路電流的電子式電流互感器。

1.3電磁騷擾與電磁敏感性分析

電子式電壓互感器在電磁環境中會受到來自其他電氣設備的電磁騷擾，如雷電沖擊、開關操作產生的暫態過電壓等，會對電子式電壓互感器的測量性能造成不良影響，如導致測量誤差增大、測量不穩定等。

電子式電壓互感器本身也會產生電磁騷擾，如高頻諧波、電磁輻射等，對其他電氣設備造成不良影響。在設計電子式電壓互感器時，須考慮其電磁騷擾與電磁敏感性問題，采取相應的措施進行抑制和防護[3]。

2 電子式電壓互感器電磁兼容性能試驗分析

2.1試驗內容與評估標準

EVT的電磁兼容性能試驗是確保其在實際運行環境中可以穩定、準確工作的關鍵步驟。試驗內容圍繞EVT的抗干擾能力展開，評估其在各種電磁騷擾下的性能表現。評估標準則根據試驗結果的嚴重程度，分為A級和B級。

（1）A級：滿足準確度規范限值以內的正常性能。A級評估標準要求EVT在遭受電磁騷擾時，其測量準確度須保持在規范限值以內，確保輸出的電壓信號與實際值相符，不影響電力系統的正常監測和控制。

（2）B級：允許與保護無關的測量性能暫時下降。B級評估標準則允許EVT在遭受電磁騷擾時，其測量性能出現暫時性的下降，不能影響保護功能的正常執行，也不應導致設備復位或重新啟動。輸出電壓須控制在500V以內，避免對電力系統造成不必要的干擾或損害。

2.2傳導干擾試驗

傳導干擾是指通過導線、金屬管道等導電路徑傳播的電磁騷擾。對于EVT而言，傳導干擾是其面臨的主要電磁騷擾之一。

（1）電快速瞬變/脈沖群試驗。電快速瞬變/脈沖群試驗模擬電感性負載（如繼電器、接觸器等）在斷開時產生的暫態騷擾，通常具有較寬的頻譜分布，會對EVT的正常工作產生影響。試驗時，通過向EVT施加一系列快速瞬變的脈沖群，觀察其輸出電壓信號的穩定性和準確性，評估其抗干擾能力。

（2）沖擊波（浪涌）抗擾度試驗。沖擊波（浪涌）抗擾度試驗則模擬了開關操作、雷擊等引起的暫態過電壓或過電流，通常具有較大的能量和較短的持續時間，會對EVT的絕緣性能和測量準確度造成嚴重影響。試驗時，通過向EVT施加一定幅度的沖擊波電壓，觀察其是否能夠承受且不發生損壞或性能下降。

2.3輻射干擾試驗

（1）工頻磁場抗擾度試驗。工頻磁場抗擾度試驗旨在評估EVT在工頻磁場環境下的性能表現。試驗時，通過向EVT施加一定強度的工頻磁場，觀察其輸出電壓信號的穩定性和準確性，以評估其抗干擾能力。

（2）阻尼振蕩磁場抗擾度試驗。阻尼振蕩磁場抗擾度試驗模擬高壓變電所中隔離開關分合高壓母線時產生的阻尼振蕩磁場，通常具有較快的衰減速度和較高的頻率，會對EVT的測量準確度造成干擾。試驗時，通過向EVT施加一定幅度的阻尼振蕩磁場，觀察其是否能夠保持穩定的測量性能。

（3）脈沖磁場抗擾度試驗。脈沖磁場抗擾度試驗模擬雷擊建筑物和其他金屬構件時產生的脈沖磁場，通常具有較快的上升時間和較高的峰值強度，會對EVT的絕緣性能和測量準確度造成嚴重影響。試驗時，通過向EVT施加一定幅度的脈沖磁場，觀察其是否能夠承受而不發生損壞或性能下降。

（4）無線電頻率輻射電磁場抗擾度試驗。無線電頻率輻射電磁場抗擾度試驗旨在評估EVT在無線電頻率輻射電磁場環境下的性能表現，針對來自各種工業電磁源以及寄生輻射源，如無線電廣播、移動通信基站等。試驗時，通過向EVT施加一定強度的無線電頻率輻射電磁場，觀察其輸出電壓信號的穩定性和準確性，評估其抗干擾能力。

3 電子式電壓互感器電磁兼容設計原則

3.1電路設計原則

（1）懸浮地設計：在電路設計中，采用懸浮地技術使電路的信號線與機箱絕緣，能夠防止機箱上的干擾電流直接耦合到信號電路中，降低噪聲干擾，提高信號的準確性和穩定性。

（2）合理排布線路：合理排布電源、地和各種信號線，是降低耦合干擾的重要手段。在EVT的電路設計中，需確保各種線路之間的耦合干擾最小化。通過采用分層布線、正交布線等方法，避免線路平行分布，減少電磁感應和電容耦合。

（3）濾波電容設計：在模塊電源輸入端設計濾波電容，能夠降低或消除通過電源進入電路模塊的各種干擾信號。濾波電容的選擇需基于其電容值、耐壓值和頻率特性等因素，確保能夠有效地濾除電源中的高

頻噪聲和干擾。

（4）低電平邏輯設計：避免產生和使用不必要的高邏輯電平，以降低電路的功耗和減少高頻干擾的產生。在EVT電路設計中，優先選擇低電平邏輯器件，如3.3V 電平的器件，減少高頻噪聲的發射和接收。

（5）上升/下降時間控制：選擇電路功能允許的最慢的上升時間和下降時間，防止產生不必要的高頻分量，有助于減少電路中的高頻噪聲，提高信號的穩定性和準確性。

3.2內部結構設計原則

（1）全封閉屏蔽結構：機箱外殼采用全封閉的屏蔽結構，確保各個面之間具有良好的接觸，保持其良好接地，能夠有效地阻擋外部電磁場的干擾，保護EVT內部的電子線路免受外界干擾。

（2）裸露走線最短化：機箱中各種裸露走線要盡可能短，以減少電磁輻射和耦合干擾。在EVT的內部結構設計中，通過優化布局、合理安排元器件位置等方式，實現裸露走線的最短化。

（3）導線分組捆扎：傳輸不同電子信號的導線應分組捆扎，數字信號線和模擬信號線也應分組捆扎，保持適當的距離，有助于減少導線間的相互影響，提高信號的清晰度和準確性。

（4）導電膠搭接：機箱外殼的各個接口處都要利用導電膠搭接，確保良好的電氣連接和屏蔽效果，降低接觸電阻，提高屏蔽效能。

4 電子式電壓互感器電磁兼容性能提升策略

4.1電源端口抗干擾設計

（1）安裝電源濾波器：電源濾波器是一種有效的電磁干擾抑制器件，可以濾除電源中的高頻噪聲和瞬態脈沖，確保電源輸入的純凈性。在選擇電源濾波器時，根據EVT的額定功率和工作環境，選擇合適的濾波器型號和規格，以及確保濾波器的安裝位置靠近電源入口，實現最佳的濾波效果。

（2）采用冗余電源設計：為提高EVT的供電可靠性，采用冗余電源設計，即配置兩個或更多的電源模塊，當其中一個電源模塊出現故障時，其他電源模塊可以迅速接管供電任務，確保EVT的正常運行，不僅提高了EVT的抗干擾能力，還增強了其整體穩定性。

（3）加強電源線路的屏蔽與接地：電源線路是電磁干擾傳播的重要途徑之一。為降低電源線路上的電磁干擾，采用屏蔽電纜，將電源線路包裹在金屬屏蔽層內，減少電磁波的輻射和耦合。同時，確保電源線路的接地良好，將干擾電流引入大地，避免對EVT造成損害。

4.2信號端口靜電放電保護

（1）加裝瞬態騷擾吸收器件：瞬態騷擾吸收器件，如瞬態電壓抑制二極管（TVS）和壓敏電阻等，可以在靜電放電發生時迅速吸收放電能量，將電壓控制在安全水平內，保護EVT內部的電子元件免受損害。在選擇瞬態騷擾吸收器件時，根據EVT的信號特性和工作環境，選擇合適的器件型號和規格。

（2）采用差分信號傳輸方式：差分信號傳輸方式能夠有效地抵抗共模干擾，提高信號的抗干擾能力。在EVT的信號端口設計中，采用差分信號傳輸方式，將信號分為正、負兩個通道進行傳輸，通過比較兩個通道的信號差異來提取有效信息，不僅可以提高信號的傳輸質量，還可以降低靜電放電對EVT的干擾。

4.3機箱屏蔽性能優化

（1）選用高磁導率材料：機箱的材料選擇對于屏蔽效果至關重要。為提升機箱對磁場的屏蔽能力，選用高磁導率材料，如鐵板等，可以有效地吸收和分散磁場能量，降低磁場對EVT內部的干擾。金屬相對磁導率如表1所示。

（2）優化機箱結構設計：機箱的結構設計也是影響屏蔽效果的重要因素。在EVT的機箱設計中，采用全封閉的屏蔽結構，確保各個面之間具有良好的接觸和接地。

（3）加強機箱的接地處理：機箱的接地處理對于屏蔽效果至關重要。在EVT的機箱設計中，需確保機箱與大地之間形成良好的接地連接，將干擾電流引入大地。

5 結束語

本文通過對電子式電壓互感器電磁兼容性能的深入研究和設計，提出包括電路設計原則、內部結構設計原則以及電磁兼容性能提升策略等一系列措施，旨在提高EVT在復雜電磁環境中的抗干擾能力和穩定性，確保其能夠準確、可靠地測量電力系統中的電壓信號，為電力系統的安全穩定運行提供有力的保障。

參考文獻

[1]張銀.電子式互感器的電磁兼容性能優化設計研究[J].中國設備工程，2023（6）：129-131.

[2]黃啟智.電子式互感器電磁兼容性能優化設計[J].黑河學院學報，

2018，9（8）：213-214.

[3]郅嬌嬌，師進強.電子式電壓互感器二次信號準確度研究[J].電器與能效管理技術，2024（7）：69-73，78.