電力通信設備電磁兼容標準體系建設

劉國軍，靳洋，王智慧，汪玉成

(1.中國電力科學研究院，北京市100192;2.安徽南瑞繼遠軟件有限公司，合肥市230088)

0 引言

隨著電網自動化、智能化的快速發展，通信對電網的支撐與保障要求越來越高，電力通信網運行安全直接影響到電網繼電保護、安穩控制、自動化等關鍵業務運行，甚至威脅到電網運行安全。目前，大量高性能、智能化的通信設備應用到電網中［1-3］，如光傳送網(optical transport network，OTN)、自動交換光網絡(automatically switch optical network，ASON)、分組傳送網(packet transport network，PTN)、無源光網絡(ethernet-passive optical network，EPON)，電力通信設備受到電磁兼容干擾而影響到通信的問題越來越多［4］。相對于運營商通信設備部署方式，大部分電力通信設備部署在變電站與非通信機房內，特別是變電站受到電磁傳導與輻射電磁干擾問題特別嚴重，因此電力通信設備電磁兼容問題也將被重點關注。

目前，在變電站電磁兼容研究方面，主要是針對變電站電磁環境［5-8］、變電站二次系統電磁兼容性要求［9-11］等方面進行研究;在電力通信設備電磁兼容研究方面，文獻［4］分析電力通信設備通用電磁兼容性要求，提出了對電磁兼容性進行不同等級、不同判據和不同項目的處理方式。在電磁兼容標準體系研究方面，公網主要關注無線通信電磁兼容標準體系［12］。

為構建一個體系完整、系統、開放的電力通信設備電磁兼容標準體系，本文首先通過調研目前國際、國內及行業相關電磁兼容標準，詳細分析電力通信設備電磁兼容標準需求;然后根據需求分析，結合IEC電磁兼容標準體系框架分類方法，提出電力通信設備電磁兼容標準體系架構，形成對應標準體系表。

1 電磁兼容通用標準體系

電磁兼容標準體系框架通常采用IEC(國際電工委員會)的標準分類方法［13-14］，即所有電磁兼容標準分成基礎標準/出版物、通用標準/出版物、產品標準/出版物，其中產品標準又可分為系列產品標準和專用產品標準。每類標準都包括發射和抗擾度2個方面的標準，如圖1所示。

圖1 電磁兼容通用標準體系Fig.1 Electromagnetic compatibility generic standard system

基礎類標準是基礎EMC標準規定達到電磁兼容的一般和基本條件或規則。通用類標準是通用EMC標準，是關于特定環境下的電磁兼容標準。產品類標準是產品EMC標準根據適用于產品范圍的大小和產品的特性。

2 需求分析

2.1 電磁環境分類需求

設備的抗擾度要求會受到環境的限制，設備的電磁兼容要求應當基于電磁環境的嚴酷等級，電磁兼容要求確保設備在其工作環境下正常工作［15］。目前，電力通信設備主要部署在電力公司中心站機房、變電站(換流站)、開閉站、環網柜、配電室、柱上開關等，各類環境電磁兼容特征及嚴酷度差異很大，特別是變電站(換流站)環境的電磁騷擾影響比較大。根據電力通信設備不同的部署位置以及電磁環境差異性，可從以下幾方面考慮電力通信設備電磁環境分類:

(1)按通信設備部署方式，通信設備主要部署在通信機房與非通信機房;

(2)通信機房分為中心站通信機房與變電站通信機房，其中中心站通信機房電磁環境較好，而變電站通信機房易受到穩態干擾(如工頻電壓、電流與電場)與暫態干擾(如雷擊、故障和開工操作等);

(3)非通信機房部署位置主要包括開關站、環網柜、配電室、柱上開關、變電站主控室、變電站開關場、配電箱等，這些部署位置特征是通信設備基本沒有相關防護措施，甚至與一次設備部署在一起，直接受到傳導與輻射耦合干擾比較大。

結合以上分析，必須考慮電力通信設備電磁環境分類情況，以及規定各種通信設備在電力各類電磁環境下的環境參數和環境特征的特征嚴酷度，確保電力通信設備的安全穩定運行是基于所處電磁環境的嚴酷等級。

2.2 電磁兼容性要求與測量方法需求

按照電力通信網網絡類型分類，電力通信涉及到的通信設備類型主要包括傳輸網通信設備、業務網通信設備、支撐網通信設備和接入網通信設備。不同設備承載與保障的業務要求差異很大，各類設備對電磁兼容性要求等級不一，特別是承載重要生產業務的通信設備在電磁兼容要求方面應具有更多的特殊性和詳細的性能要求。應根據業務的通信保障最低性能要求來確定通信設備的電磁兼容性能要求，并且需要對應的測量與試驗方法。應從以下2個方面考慮電磁兼容性要求與測量方法需求:

(1)從設備類型、承載業務類型來考慮各類通信設備電磁兼容特殊與詳細性能要求，即電磁兼容產品類要求;

(2)給出不同通信設備的電磁兼容試驗配置、特定性能判據、測量與試驗方法。

以上2個部分需求體現了電力通信設備電磁兼容性的特殊要求，是電力通信設備電磁兼容標準體系的重要組成部分。

2.3 電磁防護需求

由于目前還存在很多電力通信機房設計與裝飾、通信設備安裝與布置很少考慮電磁防護措施或電磁緩和措施，可以從以下3個方面提高電力通信設備電磁防護水平。

(1)對于騷擾源，要抑制發射。

(2)對于耦合，比如可通過減少耦合途徑來達到電磁兼容的緩和措施，包括接地和搭接以及在各種設施里正確地選擇和安裝線纜等。

(3)對于敏感設備，要提高抗擾能力，比如通過提高殼體(包括機架和機柜)和設備本身對電磁干擾防護等級的性能要求。

2.4 運維管理需求

在運維管理方面，應加強電力通信設備電磁環境監測，電力通信設備電磁兼容相關缺陷、故障、檢修納入到電力通信運維管理中，通過加強對電力通信設備電磁兼容的運行及維護管理要求，有利于減少因電磁兼容降低通信性能或中斷電網業務的通信缺陷與通信故障的發生，提高通信支撐電網業務的保障水平。

2.5 標準體系需求分析

電力通信設備電磁兼容標準體系建設需求主要體現在電磁環境分類、電磁兼容要求與測量方法、電磁防護與緩和措施、運維管理要求這4個方面，具體需求點與需求說明見表1。

表1 標準需求匯總表Tab.1 Summary of standard requirements

3 主要標準

為全面涵蓋電力通信設備電磁兼容性各方面要求，保證電力通信設備電磁兼容標準體系的先進性和完整性。以下在電力通信設備電磁兼容性要求需求分析基礎上，按照電磁環境類、電磁兼容要求與測量方法類、電磁防護及緩和措施類、運維管理類四大方面梳理相關主要參考標準，詳見表2。

4 標準體系構建

4.1 標準體系構建原則

電力通信設備電磁兼容標準體系構建應在需求分析，梳理現有標準的基礎上，按其內在聯系形成一個科學的有機整體。構建時應遵循以下原則:

(1)完整性。制定電力通信設備電磁兼容標準體系要從系統角度出發，根據系統的各種組成要素從多角度綜合考慮，形成完整的體系，使得后期對電力通信設備電磁兼容標準的制定與修訂能起到有效的指導作用。

(2)協調性。即相關性、關聯性。制定電力通信設備電磁兼容標準時，必須考慮到會對其他標準產生影響。特別應考慮與電力行業、企業內已有的相關標準的相容性。

表2 參考標準表Tab.2 Reference standard table

(3)開放性。電力通信設備電磁兼容標準體系應是一個開放的體系，能適應電力通信新技術的發展需求。標準體系的開放性使得標準的制定工作可以循序漸進地進行。

(4)目的性。電力通信設備電磁兼容標準體系應該能夠指導電力通信設備電磁兼容試驗與檢測，有效增強電力通信設備電磁兼容性防護水平，確保電力通信設備的安全穩定運行，提高通信支撐電網業務的保障水平。

4.2 標準體系架構

電力通信設備電磁兼容標準體系總體架構可從2個層面進行構建。其中第一層面，依據IEC的標準體系分類方法，將電力通信設備電磁兼容標準分為基礎標準、通用標準與產品類標準3類;另一層面，按照電力通信設備電磁兼容標準內在需求，可分為電磁環境、電磁兼容要求與測試方法、電磁防護及運行維護4個方面。

根據電力通信設備電磁兼容需求分析可知，基礎標準包括電磁環境的分類;通用標準包括電磁兼容要求與測量方法總體要求、運維管理辦法;產品類標準包括傳輸網設備電磁兼容要求與測量方法、業務網通信設備電磁兼容要求與測量方法、支撐網通信設備電磁兼容要求與測量方法、接入網通信設備電磁兼容要求與測量方法。構建的電力通信設備電磁兼容標準體系架構如圖2所示。

4.3 標準體系表

圖2 標準體系架構Tab.2 Standard system architecture

通過需求分析、梳理分析、歸并整合等過程，將參照的標準與需要補充制定的標準組合形成了電力通信設備電磁兼容標準體系表，見表3。整個電力通信設備電磁兼容標準體系有“1個體系、3個大類、8個標準”。它是一個具備完整性、邏輯性和開放性的層級結構，用于指導電力通信設備電磁兼容標準的規劃和制定。

表3 標準體系表Tab.3 Standard system table

5 結論

(1)電力通信設備電磁環境標準體系從需求層面可分為電磁環境、電磁兼容性要求與測量方法、電磁防護與運維管理4個方面，從IEC電磁兼容標準體系分類層面可分為基礎標準、通用標準與產品標準3個方面。

(2)構建的電力通信設備電磁兼容標準體系包含“1個體系、3個大類、8項標準”。

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