電力傳動控制柜的電磁兼容問題及其處理方法

潘奕如 謝天程

【摘 要】近年來我國各行各業均發展非常迅速，尤其是電力電子技術在其他領域的滲透，推動了我國科技的進步。雖然與發達國家相比，我國電力電子技術和電力傳動技術等還比較落后，對其他國家有一定的依賴性，但隨著我國電力產業的不斷發展，我國加強了對本國電力電子與電力傳動研究的支持力度，因此我國電力電子與電力傳動發展有良好的機遇。

【關鍵詞】傳動控制柜；干擾源；接地

隨著電力電子技術的發展，變頻器越來越小型化多功能化高性能化，并且隨著變頻器的控制手段全數字化，在交流傳動、新能源發電等領域，變頻傳動柜的應用越來越廣泛。目前幾乎所有的變頻器都采用PWM控制技術。變頻器輸入側是整流以及濾波電路，而變頻器功率開關器件的高速開通關斷會使整流橋中產生充電電流，呈現一種不連續沖擊的形式且含有高次諧波成分。這不僅會影響變頻器設備的自身安全運行，還會對電子裝置、PLC等弱電設備產生干擾，影響整個系統的可靠性。

1 電力電子的含義及應用的重要性

隨著我國整體實力的快速增長，多個行業對電力的需求和要求越來越高，如機械行業、交通行業、石油化工行業、環保行業、國防及航天等，因此加強對電力電子的研究，提高電力電子水平具有比較。對電力電子的研究，主要是針對電力電子器件、變流器拓撲及控制等，確保電能量、磁能量的控制、傳輸等，實現對電能高效率的使用，提供高質量電能。在對電力電子進行研究時，主要需要對電力電子元器件、功率集成電路、電力電子變流技術、電力電子應用技術、電力電子系統集成等方面進行研究，以保證電力電子系統向智能化方向發展，且具有較高的穩定性和可靠性。

電力電子將各種能源轉換成電能的方式，不僅方便人們的生活，還具有節能環保的特征，有效推動電力系統逐漸實現自動化、智能化和節能化。根據對我國電力電子的發展分析，可以從以下方面針對電力電子的應用優勢進行分析：①分布式發電和可再生能源發電，分布式發電技術在國外頗受重視，其可以讓發電設備拉近與用戶的距離，實現近距離輸電，且還可以實現用戶用電的獨立性，在應對自然災害時，有效提高安全和應變能力。此外風力發電、太陽能發電等均采用分布式發電系統，對電力電子技術的依賴性較強。根據相關研究調查可知，全球對電力電子產品應用在分布式和混合式發電設備的發展勢頭越來越猛，尤其是逆變器、頻率變流器、靜態傳輸開關等，但由于很多可再生能源和分布式發電系統所產生的電能存在不穩定的狀態，此時需要加強電能儲存技術的應用，即利用電力電子技術對不穩定狀態進行控制。②電能質量控制，電力電力技術在電力系統改造方面具有重要的作用，能夠有效實現節省電能，提高用電效率，而且隨著高壓大功率電力電力裝置的應用，對電力系統產生、輸送和分配等應用價值越來越高。

2 變頻器自身干擾

2.1 干擾源。變頻器主電路主要是由整流單元、逆變單元及其控制電路構成的。變頻器在運行時，功率開關器件一般在幾百毫秒的周期內完成開通關斷，因此會產生高次諧波，經過公共阻抗耦合、電磁耦合、傳導耦合三種方式產生電磁干擾[1]。在變頻裝置受到高次諧波的干擾時，不但會影響系統的運行效率，而且容易損壞設備，為此必須重視變頻器產生的高次諧波。變頻器在運行過程中，是一個功率強大的干擾源，IGBT管的高速開通、關斷會產生很強的高次諧波，并且以各種方式將含高次諧波的能量傳播出去，形成強烈的電磁干擾。而且電力傳動柜所用的開關電源也是一種干擾源，此時把電機線和電源線作為天線，通過和外殼連接的地線把干擾信號發出，線路越長干擾就越大，因此我們要根據設備的具體情況，選擇相應的抗干擾措施。為了能夠有效的抑制現場電磁噪聲干擾，選擇使用雙絞線。同時，若變頻器采用模擬脈沖信號通信，由于模擬信號的抗干擾性能較差，必須使用屏蔽線。

2.2 抗干擾措施。在實際工作中，變頻器的接地要確認是否良好。同時可以安裝線路的抗干擾濾波器，將變頻器輸入端的各相連接在同一個磁芯上，按同一方向繞圈，繞線時要盡量將磁芯靠近電力傳動柜。當三相進線端繞過磁芯時，電流中所含的基波分量產生的磁通為零，而電流中的高次諧波分量的合成磁通不為零。從而可以削弱諧波分量，此種方法簡單有效。另外，還可將電力傳動柜安裝在金屬機殼內，既能防止外界電磁波進入本系統，又能屏蔽交流調速系統向外輻射能量。

3外界設備對變頻器干擾

通常，電力傳動柜運行在情況復雜，環境惡劣，電磁污染較多的場景中，因此如果在設計電力傳動柜時，如果敏感元件的選用、元器件的安裝、電路結構布局布線等不合理的話，柜體就易受外界電氣干擾，通過各種耦合方式的將干擾傳到柜體內部。

3.1 非線性用電設備。電網的諧波源很多，比如各種大功率的交直流能量變換設備，電壓調整裝置，非線性負載等等。同時，大型用電設備的突然啟停也會使電網電壓、電流產生沖擊，造成波形畸變。供電電源的變化比如過壓、欠壓、瞬時掉電，尖峰電壓脈沖、等等也會對變頻器的產生干擾，此外共模干擾也會影響變頻器運行[3]。

3.2 電容器的投入切出。為了能夠提高功率因數，會在設計中加入一些電容進行集中補償，然而補償電容器在切換過程中，電網電壓有可能出現很高的峰值，產生較大的電網沖擊，電力傳動柜內的整流開關管會因承受過高的反電壓而發生擊穿。

3.3 抗干擾措施。1）電氣屏蔽。由低電阻材料或磁性材料制成的屏蔽物內，具有很強的屏蔽隔離功能，將有關電路、元器件、設備安裝在此設備內，可以隔離電磁場。2）磁屏蔽。對于冶煉廠、重型機械廠、電站、等場所，易受交變磁場的干擾，可以用鐵、鎳等導磁性能好的導體加以屏蔽。

4電力傳動柜對其他弱電設備的干擾

當變頻器金屬外殼有孔洞或縫隙時，在孔洞大小與電磁波的波長接近的情況下，干擾輻射源可能會向柜體四周輻射，此時金屬物體如果處在輻射場中可能形成二次輻射。采取硬件抗干擾是最有效地抗干擾措施，處理電磁干擾基本原則是首先查找，抑制和消除干擾源，接著切斷電磁干擾經過的耦合通道，然后降低系統對干擾信號的敏感性，增強設備自身的抗干擾的能力。在對所用設備進行升級改造過程中，要特別注重和防范電力傳動柜對弱電系統的干擾。當進行遠程監控電力傳動柜時，使用的控制線一般較長，弱電儀表的二次線和控制線之間會存在平行段，當兩線的相對距離比較小時，容易造成較大干擾。可采取如下諧波干擾處理措施：1）熱工儀表的二次線與變頻器控制線都采用屏蔽線，在橋架中用鐵皮隔板將兩導線平行部分隔開，接地線與接地體的連接應牢固可靠，屏蔽線屏蔽層應良好接地。2）在電力傳動柜電源進線端電纜上套上1.5m～2m的金屬蛇皮管，并保證蛇皮管外殼的良好接地。3）傳送模擬信號的傳感器連接線要盡量短，并且不要盤成圈狀放置在柜體內。

5總結

電力傳動柜的電磁兼容問題是隨電力電子技術飛速發展以及系統容量的不斷增加而日趨嚴重的問題，再加上科研過程中涌現出新的電磁干擾問題，使得變頻傳動柜的電磁兼容問題成為專家學者們亟待解決的問題。本文從電力傳動柜的自身電磁干擾，變頻設備對外界設備的電磁干擾問題進行了分析，并提出了相應的解決措施。處理變頻傳動柜的電磁兼容問題，重點是尋找干擾源，柜體設計時一定要注重電磁干擾問題。因此，為了能夠使變頻調速裝置以及周圍用電設備能夠穩定安全可靠工作，設計改造和施工時應充分考慮電力傳動柜的電磁兼容問題。

參考文獻：

[1]Jin liang.EMC Technology Development of China.EMC 2009.IEEE International Symposium，2009：132-136.

[2]李艷春、生一華等，電磁兼容接地和抑制干擾研究，山西電力，2009.3：57-59.

（作者單位：武漢供電公司客服武昌分中心）