1.概述
電磁兼容，是指設(shè)備或系統(tǒng)在其所處的共同的電磁環(huán)境中不受干擾能正常工作同時不對該環(huán)境中任何其他事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。電磁兼容問題在電力系統(tǒng)中得到了強(qiáng)烈的體現(xiàn)：一方面，電力系統(tǒng)是一個強(qiáng)大的干擾源，在其正常運(yùn)行或者故障時都會產(chǎn)生各種穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)干擾，如大電流設(shè)備附近的磁嘗開關(guān)操作時的暫態(tài)干擾等。另一方面，隨著現(xiàn)在微電子技術(shù)的普遍采用，對干擾具有很高敏感性的各種二次自動化設(shè)備在電力系統(tǒng)運(yùn)行中起著重要的作用，他們在極大提高電力系統(tǒng)自動化運(yùn)行程度的同時，不可避免地會遭受到來自電力系統(tǒng)內(nèi)部或其他的一些干擾影響而有可能導(dǎo)致其工作失常，從而成為影響電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的一個隱患。
電力系統(tǒng)二次自動化設(shè)備是電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的一個部分，在討論其電磁兼容問題時，不應(yīng)該把它孤立地作為一個電子設(shè)備來進(jìn)行，而要結(jié)合電力系統(tǒng)的電磁環(huán)境進(jìn)行綜合、全面地考慮。研究二次自動化設(shè)備的電磁兼容性能，最終的目的是提高二次自動化設(shè)備抵御各種干擾的能力，同時降低設(shè)備對周圍其它設(shè)備的干擾程度，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。然而，設(shè)備抗干擾性能的提高并不是無限度的，無論是從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都是不現(xiàn)實(shí)的。從電力系統(tǒng)這一大的電磁環(huán)境角度出發(fā)，只有在對干擾源以及干擾耦合途徑進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，對二次自動化設(shè)備所處的電磁環(huán)境進(jìn)行合理的評估，才能對其抗干擾性能提出合理的要求，并在此基礎(chǔ)上研究提高其抗干擾能力以及抑制其所產(chǎn)生干擾的程度。
2.電力系統(tǒng)電磁兼容問題描述
如果把二次設(shè)備作為一個干擾的感受者來進(jìn)行討論的話，那么電力系統(tǒng)的電磁兼容問題可以用下圖來描述。
各種干擾二次設(shè)備耦合途徑通過各種連接線的傳導(dǎo)作用或通過空間的輻射作用
影響二次設(shè)備的主要干擾源有：
（1）一些自然的干擾如：雷擊、靜電等。
（2）操作或系統(tǒng)故障時的瞬態(tài)干擾如：隔離開關(guān)和斷路器操作、低壓回路繼電器動作、接地故障時短路電流引起的共模干擾等。
（3)系統(tǒng)運(yùn)行時的穩(wěn)態(tài)干擾：如高壓設(shè)施附近的工頻電場和磁嘗附近電子或通信設(shè)備的干擾等。
其中對二次設(shè)備最具影響作用的干擾是一次開關(guān)（隔離開關(guān)和斷路器）動作時產(chǎn)生的瞬態(tài)干擾，這種瞬態(tài)干擾一方面以場的形式向外輻射，通過對二次設(shè)備的外接導(dǎo)體（各種回路連線、地線）的耦合或者直接通過空間的輻射耦合進(jìn)入到二次設(shè)備內(nèi)部，另一方面直接通過二次設(shè)備連接到高壓設(shè)施的導(dǎo)體（PT、CT、高頻載波通道等）傳導(dǎo)進(jìn)入二次設(shè)備內(nèi)部，影響二次設(shè)備的正常工作。
解決電力系統(tǒng)電磁兼容問題的途徑在于a)對系統(tǒng)的電磁環(huán)境進(jìn)行測量評價；b)在系統(tǒng)設(shè)計建設(shè)中采取必要的合理的措施，減緩干擾對二次設(shè)備的作用；c)提高二次設(shè)備本身的抗干擾能力。
事實(shí)上，國內(nèi)外研究人員通過多年的努力已經(jīng)積累了大量的數(shù)據(jù)，并依據(jù)其制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則用于指導(dǎo)電力系統(tǒng)的設(shè)計和二次設(shè)備的設(shè)計，但是隨著電力技術(shù)近幾年的發(fā)展，一些新技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，由此而帶來的電力系統(tǒng)電磁環(huán)境的變化以及對二次設(shè)備的影響問題，值得大家進(jìn)一步的關(guān)注和研究。
3.GIS變電站
與傳統(tǒng)的AIS變電站相比較，GIS由于與周圍環(huán)境隔絕、占地面積縮小以及運(yùn)行安全和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，正日益廣泛地應(yīng)用在變電站建設(shè)中。GIS在使得變電站體積縮小的同時所帶來的系統(tǒng)電磁環(huán)境的改變正成為人們致力于研究的一個課題。
與傳統(tǒng)的AIS相比較，GIS電氣部件的尺寸要小得多，而且被封閉在屏蔽的金屬殼里，因此在其開關(guān)操作時產(chǎn)生的干擾與傳統(tǒng)的AIS具有不同的特征。
由于被封閉在金屬殼里，GIS所產(chǎn)生的干擾主要是通過流動在母線上的干擾來回反射，以場或者電壓（電流）的形式向外傳遞或者通過GIS外殼以及當(dāng)其一些連接處（如在套管或接地處等）存在屏蔽不連續(xù)點(diǎn)時形成較強(qiáng)的輻射源，以場的形式向外輻射，
3.1瞬態(tài)場
一次開關(guān)動作所產(chǎn)生的瞬態(tài)磁場水平取決于母線中的瞬態(tài)電流值，而瞬態(tài)電流值則在很大程度上取決于系統(tǒng)電壓與瞬態(tài)阻抗之比，因此，可以這么說，系統(tǒng)電壓越高，瞬態(tài)磁場水平越大。在AIS變電站中，一般在母線下方和非?？拷妇€處直接測量的磁場水平在30-100A/m（峰值）。而在GIS變電站中則相對要低一點(diǎn)，一般為10-50A/m（峰值）。磁場水平隨著與母線的距離增大迅速減小，在離母線大約10米距離上磁場強(qiáng)度至少要衰減3倍。
母線下的瞬態(tài)電場幅值與磁場相似，在AIS變電站中，所測值一般3至10KV/m(峰值)，GIS變電站中所測到的值比AIS變電站要低一點(diǎn)，同樣，電場值與系統(tǒng)的電壓等級相關(guān)，電壓等級越高，電場值越大。但是，在GIS變電站非?？拷坠芴庪妶鲋祬s非常之大，可以達(dá)到30KV/m。與AIS不同的是，GIS一次開關(guān)動作時所測到的暫態(tài)電場短時間后即趨向于零，而不是維持在一個常數(shù)上，這可能是由于其金屬外殼接地所致。
從頻率特征上來看，由于GIS的特性阻抗比AIS要小得多，這就使得GIS與母線或架空線在連接處阻抗不匹配加劇，導(dǎo)致了干擾電流（電壓）波的反射增加，因此，GIS較之AIS產(chǎn)生的干擾波振蕩頻率更高。一般在AIS變電站中所測到的場的主導(dǎo)頻率在3MHz以下，而在GIS變電站中測到的則要高得多，通常是AIS的10倍以上，大多數(shù)情況是在50MHz以下，但其上限頻率卻可達(dá)到100MHz以上。
由于通常GIS高壓設(shè)備和電子設(shè)備之間的距離較近，因此在GIS變電站中暫態(tài)電磁場輻射對設(shè)備的影響應(yīng)引起足夠的重視。
3.2二次端口干擾電壓
二次端口的干擾電壓測量值是目前二次設(shè)備抗擾度水平評估的主要參數(shù)。他是幾乎所有耦合方式（除了直接的源和感受者之間的輻射耦合之外）的最終結(jié)果，對二次設(shè)備抗擾度評價具有重要意義。
二次端口的測量數(shù)據(jù)較多，但是由于電壓的測量數(shù)據(jù)與現(xiàn)場的設(shè)計（如CT、PT回路中性點(diǎn)的接地做法、屏蔽層的屏蔽質(zhì)量和接地狀況、測量位置等）有關(guān)，因此進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較很困難，只能從大量的數(shù)據(jù)找出典型的數(shù)據(jù)進(jìn)行討論。一般認(rèn)為，在屏蔽的CT/PT回路中最大的共模電壓范圍從100V到2.5kV峰值，大多數(shù)測量值在1kV以下。而在非屏蔽的CT/PT回路中測量值要高得多，在運(yùn)行中的電纜上曾紀(jì)錄到高達(dá)4kV的峰值電壓。從頻率上來看雖然干擾電壓的頻率特征是與場相對應(yīng)的，但是由于電纜的傳輸作用以及多種耦合形式的反應(yīng)，可能會導(dǎo)致頻譜形式的一些不同，特別是場的高頻成分在電纜上會迅速地被衰減掉。 干擾電壓的主導(dǎo)頻率在AIS變電站中主導(dǎo)頻率一般在2MHz以下，而在GIS變電站中要高得多，可以達(dá)50MHz。
因此為了適應(yīng)這種狀況，CIGRE（國際大電網(wǎng)會議）WG36.4工作組，已向IEC（國際電工委員會）提出了修改IEC61000-4-12標(biāo)準(zhǔn)的建議。該標(biāo)準(zhǔn)是IECTC77工作組特別針對高壓開關(guān)電弧重燃形成的衰減振蕩干擾波而制定的電磁兼容基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，它所定義的干擾波型和試驗(yàn)等級是IEC其他專業(yè)委員會（如TC）制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)與新提議的對照見下表。
4.變電站綜合自動化技術(shù)和保護(hù)下放
變電站綜合自動化技術(shù)經(jīng)過了多年的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)?shù)乃?，從初期的集中式結(jié)構(gòu)到目前廣為采用的分散式結(jié)構(gòu)，不僅使得變電站自動化程度得以大大提高，更直接降低了系統(tǒng)的建設(shè)成本，然而，技術(shù)的發(fā)展的同時也帶來了電力自動化設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的變化。
早期的集中式結(jié)構(gòu)只是在原有的二次設(shè)備配置的基礎(chǔ)上增加了計算機(jī)管理功能，變電站按規(guī)模配置相應(yīng)的微機(jī)保護(hù)裝置和微機(jī)遠(yuǎn)動裝置，并安裝在主控制室內(nèi)，系統(tǒng)的控制、信號量以模擬量的形式通過電纜上傳，這種結(jié)構(gòu)方式的缺點(diǎn)主要是資源不能共享，也不能節(jié)省大量的電纜，同時由于控制信號是以模擬量的形式長距離傳輸，因此數(shù)據(jù)容易受到現(xiàn)場的干擾，但是二次自動化設(shè)備相對處于電磁環(huán)境較好的控制室中，所遭遇到的電磁騷擾會較弱一點(diǎn)。而分散式結(jié)構(gòu)采用的是將控制單元、保護(hù)單元、數(shù)據(jù)采集單元就近安裝在戶外高壓開關(guān)附近或戶內(nèi)開關(guān)柜中，通過數(shù)字信號線或光纜將信號上傳，這就大大降低了傳統(tǒng)變電站設(shè)計中的各種模擬控制信號的連接長度，提高了系統(tǒng)信號傳輸?shù)目垢蓴_能力，但是，對于二次自動化設(shè)備而言，由于其從原來條件較好的控制室被下放到開關(guān)場附近，運(yùn)行電磁環(huán)境惡化，對其抗干擾性能也就提出了更高的要求。同時由于二次自動化設(shè)備自身的功能集成程度提高，單裝置內(nèi)部干擾互相耦合幾率加大，這就使得設(shè)備抗干擾設(shè)計面臨著更高的難度。
對于分布式設(shè)備應(yīng)滿足的抗擾性要求應(yīng)該是基于開關(guān)場中的電磁干擾數(shù)據(jù)，在控制室中所測量到的數(shù)據(jù)可能已不適用，控制電纜在開關(guān)場末端的感應(yīng)電壓可能會比在控制室末端要高。
隨著近幾年我國越來越多的高壓變電站保護(hù)下放至開關(guān)場，高壓開關(guān)操作所產(chǎn)生的強(qiáng)大干擾對保護(hù)設(shè)備的各種影響研究工作也在積極進(jìn)行之中，在一系列的測試數(shù)據(jù)中較多的是針對一次開關(guān)操作時產(chǎn)生的暫態(tài)電場和磁嘗PT/CT二次側(cè)干擾電壓和電流、母線下平行電纜上的感應(yīng)電壓以及變電站交流220V電源方面，測試參數(shù)涉及到波形、主導(dǎo)頻率、強(qiáng)度等。從對我國幾個保護(hù)下放的500kV變電站一次開關(guān)操作時實(shí)際測試結(jié)果來看，在二次側(cè)的干擾電壓強(qiáng)度一般小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高級別，而在頻率上則比標(biāo)準(zhǔn)中的要求要高一些，220V電源上的干擾電壓要大一點(diǎn)。然而，對于二次自動化設(shè)備而言，最重要的是在二次設(shè)備端口的干擾情形，有關(guān)這方面的數(shù)據(jù)積累較少。
另外開關(guān)場暫態(tài)電磁場通過空間耦合對自動化設(shè)備的影響也是一個需要深入研究的課題，對于這一類需放到開關(guān)場中的裝置，隨著保護(hù)小室設(shè)計逐漸趨向于使用非屏蔽設(shè)計，裝置本身的屏蔽設(shè)計就顯得更為重要，而這方面又恰好是我們電力自動化設(shè)備設(shè)計制造中的薄弱環(huán)節(jié)。
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