智能变电站合智一体装置的抗电磁干扰分析及设计_徐丽青

第50卷第11期

2014年11月High Voltage Apparatus Vol.50No.11 Nov.2014

智能变电站合智一体装置的抗电磁干扰分析及设计

徐丽青，陈新之，余华武，谢坤，许飞宇

（南京国电南自电网自动化有限公司，南京211100）

摘要：针对合智一体装置在电磁兼容试验中出现的若干问题，重点分析了电快速瞬变脉冲群、浪涌、静电放电等瞬态脉冲的特点。提出一种用于合智一体装置的抗电磁干扰措施，采用电容、磁珠、瞬态抑制二极管改进交流滤波回路、开关量输出回路、LED滤波回路，对干扰信号进行抑制。通过优化PCB布局布线，加强接地措施，减少各回路间相互耦合。试验结果证明，笔者总结出的合智一体装置硬件系统设计中采取的抑制电磁干扰的措施能有效地提高装置的抗电磁干扰能力。

关键词：智能变电站；合并单元；智能终端；合智一体装置；电磁兼容性；抗电磁干扰

中图分类号：TM633.3文献标志码：A文章编号：1001-1609（2014）11-0057-06

Analysis and Design of Anti-electromagnetic Interference Property for Integrated Merging Unit and Intelligent Terminal in Smart Substation

XU Liqing，CHEN Xinzhi，YU Huawu，XIE Kun，XU Feiyu

（Nanjing SAC Power Grid Automation Co.，Ltd.，Nanjing211100，China）

Abstract:To solve the problems in EMC（electromagnetic compatibility）test of IMUIT（integrated merging unit and intelligent terminal）equipment，the authors analyze the characteristics of the fast transient impulses，such as electrical fast transient/burst（EFT/B），surge，and electro-static discharge（ESD），and propose the following anti-interference methods to enhance EMC for IMUIT equipment.The AC filter circuit，digital output filter circuit,and LED filter circuit are modified with capacitors，magnetic bead or transient voltage suppressor（TVS）to enhance the interference suppression.The inter-coupling among different circuits can be reduced by optimizing the wiring and layout of PCB and keeping reliable grounding.Test results show that the proposed methods for suppressing electromagnetic interference in the hardware system design of IMUIT equipment are effective.

Key words:smart substation；merging unit（MU）；intelligent terminal；integrated merging unit and intelligent terminal（IMUIT）equipment；electromagnetic compatibility（EMC）；anti-electromagnetic interference

0引言

随着IEC61850标准的不断推广，智能变电站得到飞速发展。合并单元和智能终端是智能变电站过程层的重要装置[1]，就地安装在户外柜内。为了进一步节约户外柜空间，优化资源，整合合并单元和智能终端的功能实现合智一体化[2]，但就地化的合智一体装置易受变电站电磁环境干扰，直接影响到了装置的可靠运行[3-4]。

近年来，国内对变电站设备的抗电磁干扰技术做了一些研究。文[5]提出了改进硬件平台系统，提高微机保护的抗电磁干扰能力；文[6]分析了就地安装的智能电子设备的电磁兼容问题；文[7]采用对消方法抑制互感器耦合电磁干扰；文[8]提出了共地系统的一些等电位连接方法及开关量输入端口的抗干扰措施；文[9]研究了智能高压设备的电磁兼容性试验端口模型；文[10-12]采用EMI滤波器抑制传导干扰；文[13]研究了同步断路器控制装置的抗电磁干扰方法。然而，国内对就地化装置抗干扰的研究还较少。

目前，就地化合智一体装置在功能上已经满足工程需要，但电磁兼容问题是迫切需要解决的主要问题，也是未来实现一次设备智能化的关键技术指

收稿日期：2014-05-07；修回日期：2014-06-19

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标。笔者从装置结构设计、硬件电路设计的角度提出相应的抗干扰措施，并通过试验结果验证了文中改进措施的有效性。

1电磁兼容试验性要求分析

电磁干扰的主要传输方式分为传导干扰和辐

射干扰，如隔离开关或断路器操作时常引起的瞬变干扰；雷电引起的浪涌干扰[14]；人与物品或物品与物品之间的摩擦引起的静电放电干扰[15]。这3种干扰是变电站3个典型的干扰源，对就地化装置的影响最为严重，在试验中非常难于通过，文中重点分析这3种干扰对合智一体装置的影响及抑制措施。

1.1合智一体装置的构成

合智一体装置的模件主要由CPU 模件、AC 模

件、TDC 模件、OPT 模件、电源模件、操作回路(TRIP)模件、DI 模件、DO 模件等组成。合智一体装置采用两块CPU ，合并单元CPU(M-CPU)和智能终端CPU

(I-CPU)，各自独立工作，两者间需要交互的信息通

过内部快速总线以太网报文的方式实现，见图1。

合并单元主要功能是同步采集一次设备的电流或电压模拟信号，经A/D 数据处理后通过IEC

61850-9-2：2004协议[16]以每周波80个点的采样率发送采样值(sample value ，SV)报文给间隔层装置。根据9-2LE 规定，数据集里增加了品质(quality)这一

参数[17]，每个采样数据后跟4字节的品质位，低2位中，00代表有效，01代表无效。在EMC 试验过程中，品质位易被置为无效。

智能终端主要功能是采集开关输入量、直流量信息，通过GOOSE [18]报文上传给间隔层装置，并接

收GOOSE 报文实现跳闸等功能。智能终端主要以

GOOSE 报文与间隔层传输，报文传输比较稳定，但

由于其控制的开入模件、开出模件、操作回路模件数量多，易干扰合并单元的交流通信回路。

1.2电磁兼容性试验波形分析1.

2.1

电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

在GB/T 17626.4—2008[19]中规定，电快速瞬变

脉冲群(electrical fast transient/burst ，EFT/B)的波形见图2，上升时间为5ns ，持续时间50ns 。EFT/B 持续时间短暂、频率高。

1.2.2浪涌抗扰度试验

在GB/T 17626.5—2008[20]中规定，浪涌电压波

形为1.2/50μs ，浪涌电流波形为8/20μs ，从浪涌电压波形图3中看出，骚扰能量高，持续时间长，能量主要集中在1MHz 以下，是一种具有极强破坏能力的共模和差模干扰。

1.2.3静电放电抗扰度试验

在GB/T 17626.2—2006[21]中规定，静电放电

(electro-static discharge ，ESD)分为接触放电和空气

放电。电流脉冲波形见图4，从图4可以看出，波形中波头较陡，在极短时间内便达到峰值，整个波形仅持续60ns ，其能量较小但高频威胁较大。

1.3电磁兼容性试验等级标准及要求

在试验中，需要进行如表1的试验等级。试验

过程中，要求不出现通信中断、丢包、品质输出异常

图1合智一体装置结构原理图

Fig.1Integrated of merging unit and intelligent

terminal structure diagram

图2

电快速瞬变脉冲波形

Fig.2EFT/B waveform

图3

开路电压波形(1.2/50μs)

Fig.3Open circuit voltage waveform(1.2/50μs)

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