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热力站电气设备运行中电磁干扰防范措施

针对供热行业热力站内的电磁干扰现象,结合电磁干扰产生的机理和对信息系统产生干扰的途径,分析热力站电气设备在正常运行环境下电磁干扰产生的原因,提出降低站内电磁强度的屏蔽、隔离措施和提高设备抗干扰能力的方案。

    1前言

    随着现代化城市建设及人民生活水平的不断提高,对供热的效果要求更加严格,对系统运行的经济性、安全性和可靠性的要求也越来越高,诸如交流电动机变频调速技术、以计算机控制和网络技术、现代通讯技术、现代测控技术相结合的远程自动化控制技术在供热系统中不断应用。图一是典型间供热力站的自动化系统。

    很多情况下由于热力站机房建筑面积的限制,设备布置比较紧密,强、弱电设备和线缆交错布置,导致电磁环境恶化。所谓电磁环境,就是指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统,它们在电磁干扰极其严重的场所,很容易受到这些电磁的干扰而不能正常工作,影响自动化系统运行的稳定性,使其不能发挥自身作用,甚至影响供热系统的安全和经济运行。所以,提高热力站电磁兼容能力,防范电磁干扰,有着非常重要的意义。

    2热力站内电磁干扰来源、传输途径和信号模式

    2.1电磁干扰的来源

    热力站的电磁干扰存在外部干扰和内部干扰两个方面,外部干扰包括了变频器等电气设备及其电缆等向周围空间辐射电磁波。内部干扰是由自动化系统的结构和生产工艺等决定的。当前,变频器在供热系统中的广泛应用使之成为热力站中主要的、较强能量干扰源。变频器的主电路一般为交-直-交组成,外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压,经电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电压。在整流回路中,输入电流的波形为不规则的矩形波,波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波,其中的高次谐波将干扰输入供电系统。如果电源侧电抗充分小、换流重叠角可以忽略,那么n次高次谐波电流为基波电流的1/n。在逆变输出回路中,输出电流信号是由PWM载波信号调制的脉冲波形。对于GTR大功率逆变元件,其PWM的载波频率为2-3kHz,而IGBT大功率逆变元件的PWM最高载频可达20kHz。当然,输出回路电流信号也可分解为只含基波和其他各次谐波。使变频器电源和负荷侧都存在着强大的电磁干扰源。不论是内部还是外部干扰,它们都具有相同的物理特性,消除和抑制的措施基本是相同的。

    2.2电磁干扰的传输途径

    电磁干扰按传输途径可分为两大类:传导干扰和辐射干扰。传导干扰是通过干扰源和被干扰设备之间的公共阻抗进行传播的,辐射干扰是通过电磁波进行传播的。两者之间会相互转换,辐射干扰经过导线可转换成传导干扰,传导干扰又可通过导线形成辐射干扰。

    热力站动力系统和自动化控制系统在同一电源和接地系统条件下时,电磁干扰会通过电源和接地传导侵入控制系统;运行中的变频器、电力电线缆都会向空间释放电磁波,这些电磁波以不同形式为弱电设备所接收,对其形成干扰。

    2.3电磁干扰的信号模式

    电磁干扰信号按其出现的方式,可分成两种模式:差模干扰和共模干扰。以串联的方式出现在信号源回路之中的干扰信号称为差模干扰,

    主要是由线路传输的互感耦合所致。而共模干扰则是由网络对地电位发生变化而引起的干扰,共模干扰有时也称为对地干扰,它是造成自动化装置等弱电系统不能正常工作的主要原因。

    3热力站内的电磁兼容

    根据国际电工委员会标准IEC对电磁兼容(EMC)的定义:系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作,同时不对其他系统和设备造成干扰。热力站自动化系统以微机、集成电路和电子元件为主要部件,配合以温度、压力、流量测量设备和阀门驱动装置,属于电磁敏感设备,而大功率变频装置等在有限空间会产生较强电磁干扰。解决其电磁兼容的途径,在不能避免变频器这一较强干扰源的情况下,主要应当从屏蔽干扰源和提高抗电磁干扰的能力入手。

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