励磁装置的电磁兼容性设计

励磁装置的电磁兼容性设计

李志军卢建刘艳萍

(河北工业大学，天津300130)

摘要：励磁装置是发电机的主要辅机，其性能直接关系到发电的可靠性。良好的电磁兼容性设计是励磁装置质量的可靠保证。结合励磁装置的特点，从设备自保护的角度，主要讨论励磁装置交流侧和DC侧的过电压和过电压抑制；高次谐波和谐波抑制；可控硅同步和触发脉冲噪声抑制；测量电路、试验和现场应用中的噪声抑制措施验证了其实用性。关键词励磁装置；电磁兼容性；可靠性

电磁感应励磁设备

李志军如箭在弦上

(中天津河北科技大学)

摘要：励磁设备的可靠性其可靠性由电机的精细设计保证。本文主要讨论励磁设备的电磁设计方法，包括同步和同步电路、同步和同步脉冲电路、测量和测量电路等。它' spracticabilityhausevalidated dbytestinglaboratory和powerstation。关键字：激励设备；EMC可靠性

1.概述电磁兼容性(ElectromagneticCompatibility，简称EMC)是指设备或系统在其电磁环境中正常工作，而不会对环境中的任何东西造成无法忍受的电磁干扰的能力。电磁兼容技术是在实践中为解决电磁干扰而产生和发展起来的一门新学科。从更广的角度来看，电磁兼容技术要研究和解决的问题是电气电子设备和系统，以及人类、动物和植物在共同的电磁环境中的安全共存。它不仅包括电气电子设备之间的相互干扰，还包括自然电磁干扰(宇宙干扰、雷电干扰等)的电磁影响或电磁效应。)上的电气和电子设备，人，动物和植物。在电力系统中，自动化设备可能会产生各种电磁干扰，处于恶劣的电磁污染环境中。为了保证它们能够正常可靠地工作，它们必须承受这些电磁干扰(EMI)而不发生误操作或拒动，自身产生的电磁干扰不能影响周围其他电子产品的正常工作。因此，这些产品在设计、制造、测试、安装和运行方面必须完全满足GB或IEC规定的电磁兼容标准的要求。

2.励磁装置电磁兼容的特殊性传统电磁兼容技术的设计应从电磁兼容的三个基本要素入手，重点考虑原理的可行性、元器件的选择、加工生产工艺、安装运行环境等。以微机技术和电力电子技术为核心的微机励磁装置是电力系统的主要自动化设备之一。除了与传统自动化设备的电磁兼容外，它还有自己的特殊性。图1为自并励微机励磁装置的典型原理框图，主要包括与发电机端子或电网系统相关联的励磁干式变压器(LB)、发电机定子电流互感器(CT)和发电机端子电压互感器(pt)；励磁电源装置G1-G4；DC侧过压保护和退磁装置(ZB)；双通道(CHI、CHII)微机励磁调节器等。电力系统中传统的基于微机自动化设备的电磁兼容设计是众所周知的。本文将从设备自我保护的角度出发，重点研究励磁设备的交流侧和DC侧过电压及过电压抑制。高次谐波和谐波抑制；可控硅同步和触发脉冲噪声抑制；测量回路的噪声抑制等。 #p#分页标题#e#

3.励磁装置的电磁兼容设计3.1励磁装置的过电压和过电压抑制如图1所示，微机励磁装置中的电源由与电网相联的发电机端子通过励磁干式变压器(LB)供电，电网是一个非常严重的噪声源。直接雷击或雷电感应引起的浪涌电压线值可达6kV，地面可达12kV；各种电气设备切换引起的浪涌电压和电气设备电源对地短路引起的电网电压波动也可达到常规电压的4倍。此外，励磁装置的电源体运行时也会出现影响设备安全运行的过电压。这些过电压不仅会危及电力设备和发电机的绝缘安全，而且由于其频谱丰富，还会形成严重的干扰源。如果不进行有效抑制，将严重威胁励磁装置的安全运行。3.1.1励磁装置过电压分类同步发电机励磁装置过电压产生的原因有很多，根据过电压方式的不同可分为以下几类：1。交流侧过电压：(1)大气过电压通过干式变压器或发电机端传递到励磁装置，或运行引起的暂态过电压；(2)励磁干式变压器断线引起的过电压；(3)励磁干式变压器漏抗引起晶闸管整流器换相引起的过电压；(4)励磁干式变压器耦合电容引入的操作过电压。2.DC侧的过电压(1)由灭磁开关断开引起的过电压；(2)与电网并联的同步发电机非断相合闸引起的过电压；(3)干式变压器高压侧两相或三相短路引起的过电压；(4)异步运行引起的过电压；(5)晶闸管整流桥运行中的换相过电压。3.1.2励磁装置过电压抑制实际应用中的过电压抑制措施应具体。

情况而定，通常选择其中几项以构成合理的抑制。选用时应以简单可靠、吸收暂态能量大、抑制过电压能力强、使用寿命长等为总的原则。 1.采用压敏电阻抑制交直流侧过电压 如图1交流侧保护柜（JB）、直流侧过压保护及初励柜（ZB）内抑制原理简图所示，抑制交直流侧过电压简单而有效的方法是在交流电源输入端、整流桥的输出端及容易产生尖峰电压的地方并接压敏电阻。压敏电阻是由氧化锌、氧化铋等材料烧结制成的非线性电阻元件，是一种较为理想的浪涌吸收器，压敏电阻本身体积很小，当电路电压低于其标称电压U1mA时，电阻很大，只有几μA的漏电流；当电压超过压敏电阻的标称电压U1mA时，电阻急剧减小，可通过高达数千安的放电电流，从而将过电压的能量泻放，以达到保护整流元件、主开关元件的目的。 2.采用隔离屏蔽技术抑制电网噪声 普通电源干式变压器的初次级绕组之间存在着数百微法的分布电容，这种分布电容不仅容量大，而且有十分好的频率特性，对高频噪声有很低的阻抗。通过初次级绕组之间的分布电容耦合而引入的噪声是电网噪声的主要传输渠道。

励磁装置中可采用初次级绕组之间加设接地屏蔽层的特制干式变压器或在干式变压器二次侧直接接入对地电容的方法抑制电网噪声。 3.采用五线式保护抑制换相过电压#p#分页标题#e#

由励磁干式变压器或交流励磁机供电的可控硅整流器励磁装置，由于整流元件之间存在着周期性换相，在换相瞬间将产生足以危机可控硅安全运行的换相过电压。采用图2所示的由R1、C1、R2、C2、R3、C3、V11-V17组成的五线式保护方案可以获得良好的抑制效果。3.2励磁装置的的谐波及谐波抑制 在采用整流器的励磁装置中，不论是由交流励磁机供电还是由励磁干式变压器供电，整流器的交流相电流均发生畸变，具有非正弦波形，并存在高次谐波电流分量。谐波分析表明，对于周期为2π、对称于横轴的交流电流波形，不存在直流分量及偶次谐波，除基波外只存在奇次谐波。在励磁装置中采用Y/d-11接线方式、二次绕组为三角形连接的干式变压器，因无中性点接线，可以有效地抑制三次及三的倍数次奇次谐波。3.3量测回路的噪声抑制 励磁装置是以发电机机端电压为主要控制对象的闭环控制系统，如图1所示其量测回路主要经由电流互感器(CT)、电压互感器（PT)构成，该回路输入一般是几千安培到几十千安培的交流电流信号或几千伏到几十千伏的交流电压信号。电流互感器(CT)输出一般为5安培、电压互感器(PT)输出一般为100伏。 微机励磁装置采用交流接口把发电机的电压互感器付边电压以及电流互感器付边电流转换为相应成比例的较低的交流电压。微型计算机对这些电压采样，并计算出当时发电机的机端电压、定子电流、有功功率、无功功率等重要电量。这些信号相对于励磁装置来说至关重要，处理不好的话将对整个励磁装置的性能带来非常大的影响。 如图3.、图4.所示交流电压接口和交流电流接口，在励磁装置中除了完成其信号幅度变换的基本功能外，通过采取隔离屏蔽、雪崩二极管限副、模拟式低通滤波等噪声抑制措施可以大大提高其电磁兼容特性。

3.4可控硅同步和触发脉冲的噪声抑制 由3.3可知，励磁装置是以发电机机端电压为主要控制对象的闭环控制系统，而发电机机端电压的控制是通过控制励磁装置功率器件可控硅的触发角度完成的。在励磁装置中，由于电或磁的骚扰造成的同步和脉冲干扰可导致可控硅误导通，从而引发发电机无功大幅度震荡的事故时有发生。为了保证电力系统的安全运行，必须采取必要的抑制防护措施。3.4.1利用采保技术抑制同步噪声 在实际应用过程中，由于可控硅换相引发的同步信号二次过零现象普遍存在，严重破坏了作为触发脉冲控制角的记时起点，这一现象的存在威胁着发电机励磁装置的稳定运行。 内励磁装置中普遍运用的方法是通过同步干式变压器30°或90°相移接法，使同步电压整形前超前30°或90°，然后通过RC低通滤波器回归，借此将二次过零噪声信号消除。这一方法由于电路简单、实现容易在内获得了普遍应用。但是30°移相低通滤波器回归法在同步信号波形畸变严重时效果不佳，而90°移相低通滤波器回归法又使得同步信号衰减严重在一定程度上也制约了其应用。 我们知道，触发脉冲引发换相过程，二次过零又在换相过程中产生，微机励磁装置利用可控硅触发脉冲作为同步电压采保信号源，通过计算机合理设置保持时间可以灵活适应不同复杂条件。如图5所示电气原理简图，同步采保技术 移相低通滤波技术完美地解决了这一难题。#p#分页标题#e#

3.4.2脉冲传输和噪声抑制 可控硅的误触发通常是由于骚扰信号进入门极电路而引起的。在励磁装置中产生控制脉冲的励磁调节器和可控硅功率桥通常分别放置，两者距离有时可达500米以上，因此除了对触发电路本身采用的通用抑制措施之外，还必须针对励磁装置的特殊性采取进一步措施以确保触发脉冲的正确性。 （1）采用先立脉冲触发电源以及彼此先立的触发脉冲信号、地回路，降低传导干扰； （2）在可控硅功率桥设置噪声阈值及恢复整形电路提高触发脉冲可靠度； （3）采用电流环提高脉冲远距离传输噪声容限； （4）将可控硅触发门极回路导线加以屏蔽。如采用有屏蔽层的的绞线，将金属屏蔽层接地。此外，与大电流的导线以及易产生干扰的引线（如接触器、继电器操作回路）之间应保证足够的距离。 （5）单先敷线，走线径直，避免和电感类元件混合或其回路并行。

4.试验 到目前为止，我已经制定了70多个有关电磁兼容的家标准。应用于电力系统的微机型产品的电磁兼容项目主要有：GB/T17626.2-1998《电磁兼容试验和测量技术静电放电抗干扰试验》、GB/T17626.4-1998《电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗

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