淺談智能變電站的電磁兼容性測試

于同偉 楊興超 葛維春 吳興林

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽110000；2.許昌開普電器檢測研究院，河南 許昌461000；3.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽110000）

1 智能變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

智能變電站是智能電網(wǎng)變電調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)，也可以作為高級別電力調(diào)度中心的信息采集和命令執(zhí)行單元，是智能電網(wǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要組成部分。智能變電站的數(shù)字化對象主要包括一次設(shè)備和二次設(shè)備。通常利用高速的通信網(wǎng)絡(luò)作為通信平臺，通過標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字信息化操作，可以實現(xiàn)變電站內(nèi)外的信息實時共享和交互式操作；通過網(wǎng)絡(luò)通信模式收集實時的變電數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)電力流量監(jiān)控、實時狀態(tài)監(jiān)控、變電控制保護和信息化管理等一系列自動化變電管理。在電力邏輯管理上，變電站將過程層網(wǎng)絡(luò)與間隔層網(wǎng)絡(luò)相連接，在過程層網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)SMV采樣值報文和GOOSE報文的信息傳輸，以便于實現(xiàn)電流電壓流量的實際采樣、開關(guān)量的上傳分配和閘刀開合控制。

2 智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)

智能變電站相較于傳統(tǒng)變電站，其主要優(yōu)勢在于變電控制中高度集成的自動化操作，這些自動化操作都依賴于一些關(guān)鍵技術(shù)的支持。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是國際上通用的在電力行業(yè)中實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔⒁?guī)范和信息標(biāo)準(zhǔn)，不同于以往的通信標(biāo)準(zhǔn)，這種新型的通信標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)在變電控制中的數(shù)據(jù)進行實時傳輸，通過精確定義電站變電系統(tǒng)模型，采用分層通信技術(shù)進行智能變電控制。這類變電站的顯著特點是具有小信息傳輸量和較好的擴展性；電子式互感器能夠保證智能變電站內(nèi)電子設(shè)備之間的兼容性和互操作性，基于通用的標(biāo)準(zhǔn)化通信接口、利用光物理學(xué)效應(yīng)的原理，能夠大大增強變電站系統(tǒng)的二次開發(fā)能力；智能開關(guān)技術(shù)是智能變電站自動化操作的終端環(huán)節(jié)，通過下達信息化指令，實現(xiàn)精確實時的電壓電流調(diào)整、合閘角度調(diào)整和繼電器開合調(diào)整等；在線監(jiān)控技術(shù)則是保障智能變電站技術(shù)能夠安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，通過對關(guān)鍵零部件包括電壓器、繼電器、斷路器等，以及對變電控制中的溫度、電子學(xué)信號特征、油溫、水溫等進行實時監(jiān)控，能夠采集實時信息，為下一步的操作提供參考。

3 智能變電站的電磁兼容性分析

通過分析智能變電站的工作機理及其得以順利運行的關(guān)鍵技術(shù)，可以看出：智能變電站中大規(guī)模使用了電子設(shè)備和自動化控制設(shè)備，整個變電站可以被看作是一個功率強大的電磁激勵源，在實際的運行過程中所產(chǎn)生的電磁干擾現(xiàn)象是不可撤銷的，這對以微電子技術(shù)和信息技術(shù)為核心的電子設(shè)備的運行將產(chǎn)生極大的干擾，甚至?xí)沟靡徊糠朱`敏設(shè)備出現(xiàn)失效現(xiàn)象。要對智能變電站中的智能電子設(shè)備進行終端保護，采用電磁兼容性測試將會是一個十分有效的措施。在變電站的電磁兼容性測試中，常見的測試內(nèi)容主要有以下幾種：

3.1 電力設(shè)備的人工短路測試

在目前主流的智能變電站的建設(shè)中，大量采用了電子式互感器技術(shù)、智能操作模塊技術(shù)和智能控制集成系統(tǒng)等，以國家電網(wǎng)為代表的電力職能監(jiān)管部門對于智能變電站的建設(shè)管理也提出了相應(yīng)的管理意見和操作規(guī)范，人工短路實驗是針對電磁兼容性所進行的最為常見的應(yīng)對措施。該實驗的主要目的在于驗證以電子式互感器和智能化運行保障系統(tǒng)在電磁干擾下的運行可靠性，通過預(yù)先設(shè)定常見的故障工況，可以人為改變變電站內(nèi)部的電磁環(huán)境水平，以此檢驗信號功率較小的二次性設(shè)備的抗電磁干擾的能力，對于保護回路和通信回路的抗干擾能力也是一個極大的考驗。針對電磁兼容性的人工短路測試主要包含3個方面的內(nèi)容：（1）對變電站內(nèi)部的電磁場在局部短路條件下的磁場變化情況進行測試，獲取實際的電磁場的變化數(shù)據(jù)，為后續(xù)的電磁兼容性測試比對提供精確的電磁場信息；（2）對變電站近端進行人工短路，目的是檢驗此類短路所帶來的電磁場的變化，對以變壓器和短路器為主的二次設(shè)備的電磁干擾的實際效果，通過逐個檢驗不同二次設(shè)備的干擾實況，尋找出近端短路所帶來的電磁干擾最為明顯的二次設(shè)備，并在后續(xù)的變電站管理中重點關(guān)注；（3）近端短路對于信息通信回路的影響也是主要測試內(nèi)容，獲取干擾峰值水平，有助于選擇合適的通信元件，保障安全運行。

3.2 變電站內(nèi)部的電磁環(huán)境變化分析

近端短路會直接造成局部電流過載，甚至是電弧的出現(xiàn)，這時電站內(nèi)部的電磁場也會發(fā)生變化，常見的電磁場能的測試工具主要是工頻或者射頻場能測試儀，選擇合適的測試點，參照國家關(guān)于《高壓交流架空送電線路、變電站工頻電場和磁場測量方法》，可以選用合適的電磁探頭，進行精確的測量。與此同時，電磁輻射也是重點測試內(nèi)容。具體測試步驟是根據(jù)短路閘刀在閉合前、閉合過程中和閉合后這3個階段的電磁場能、電磁輻射功率的峰值，通過對這3個階段的能量值進行分析，找出功率值最大的短路階段點，以此作為變電站內(nèi)部環(huán)境的電磁峰值點，以為后續(xù)智能變電站設(shè)備的設(shè)計和安裝提供技術(shù)參考指標(biāo)。

3.3 變電站近端二次設(shè)備的電磁干擾測試

智能變電站在近端布置了大量的以變壓器、斷路器和控制柜為代表的二次設(shè)備，這些設(shè)備大多為電子元器件設(shè)備，容易受到來自于短路所帶來的電磁沖擊的干擾。因此，常見的應(yīng)對措施是選擇3根絕緣層厚度不一的電纜放置在就地保護柜中，3根電纜的接線方式各有不同，一種為兩頭接地；一種為一頭接地，另一頭接在就地保護柜上；最后一個為兩頭均接在二次等電位網(wǎng)上。通過精密的數(shù)字型電子濾波器，可以實時觀測到流經(jīng)3根電纜的電壓波形信號，當(dāng)近端發(fā)生短路時，會對3根電纜發(fā)生相應(yīng)的電磁沖擊，電壓信號也會發(fā)生擾動，擾動的瞬時峰值就是二次設(shè)備可能受到的最大的電磁干擾水平。實際測試中，要實時采集3個電纜的電壓電流信號，多測幾次取平均值，消除外界環(huán)境的噪聲干擾。變電站智能設(shè)備能夠抗干擾的標(biāo)志是當(dāng)發(fā)生電磁干擾時，智能終端尤其是敏感終端不發(fā)生信號劇烈波動、不會出現(xiàn)錯誤指令，且電流和電壓信號的波動范圍在電子元器件的額定波動范圍之內(nèi)。

3.4 變電站近端通信回路的電磁干擾分析

智能變電站多采用多層通信通道，這就需要在實際測試活動中，采用不同的模擬方式。主要實現(xiàn)手段是選用不同的屏蔽層和接地方式，選取多根通信電纜，電纜的數(shù)據(jù)流量要與實際的變電站用的電纜相匹配，長度偏長，接線形式有2種：一種為兩頭分別接在地網(wǎng)和等電位網(wǎng)上，一種為接運行屏，且電纜的屏蔽層均接地。測試工具為數(shù)字示波器，準(zhǔn)確記錄下電流信號波形和對地電壓波形。測試有效數(shù)據(jù)為當(dāng)發(fā)生短路故障時，各記錄參數(shù)的瞬時波動峰值。分析測試數(shù)據(jù)可以直接獲得通信回路的整體抗干擾能力和局部通信設(shè)備的抗電磁干擾能力以及變電站的電磁兼容性。如果通信回路在電磁干擾的作用下，能夠保證電流信號和對地電壓信號不失真，則其電磁抗干擾能力就能得到有效的保障。

4 結(jié)語

本文重點分析了智能變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，而分析智能變電站的電磁兼容性能夠更好地保障對智能變電站的有效管理，減少由于電磁干擾所帶來的變電站運行故障，為更好地提高智能變電站的生產(chǎn)效率提供新的思路。

［1］司為國.智能變電站若干關(guān)鍵技術(shù)研究與工程應(yīng)用［D］.上海：上海大學(xué)，2009

［2］馮子韜.變電站二次設(shè)備電磁兼容性能的評估［D］.天津：河北工業(yè)大學(xué)，2007