勵磁裝置的電磁兼容性設計

李志軍盧建劉艷萍

(河北工業(yè)大學(xué)，天津300130)

摘要：勵磁裝置是發(fā)電機的主要輔機，其性能直接關(guān)系到發(fā)電的可靠性。良好的電磁兼容性設計是勵磁裝置質(zhì)量的可靠保證。結合勵磁裝置的特點(diǎn)，從設備自保護的角度，主要討論勵磁裝置交流側和DC側的過(guò)電壓和過(guò)電壓抑制；高次諧波和諧波抑制；可控硅同步和觸發(fā)脈沖噪聲抑制；測量電路、試驗和現場(chǎng)應用中的噪聲抑制措施驗證了其實(shí)用性。關(guān)鍵詞勵磁裝置；電磁兼容性；可靠性

電磁感應勵磁設備

李志軍如箭在弦上

(中天津河北科技大學(xué))

摘要：勵磁設備的可靠性其可靠性由電機的精細設計保證。本文主要討論勵磁設備的電磁設計方法，包括同步和同步電路、同步和同步脈沖電路、測量和測量電路等。它' spracticabilityhausevalidated dbytestinglaboratory和powerstation。關(guān)鍵字：激勵設備；EMC可靠性

1.概述電磁兼容性(ElectromagneticCompatibility，簡(jiǎn)稱(chēng)EMC)是指設備或系統在其電磁環(huán)境中正常工作，而不會(huì )對環(huán)境中的任何東西造成無(wú)法忍受的電磁干擾的能力。電磁兼容技術(shù)是在實(shí)踐中為解決電磁干擾而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新學(xué)科。從更廣的角度來(lái)看，電磁兼容技術(shù)要研究和解決的問(wèn)題是電氣電子設備和系統，以及人類(lèi)、動(dòng)物和植物在共同的電磁環(huán)境中的安全共存。它不僅包括電氣電子設備之間的相互干擾，還包括自然電磁干擾(宇宙干擾、雷電干擾等)的電磁影響或電磁效應。)上的電氣和電子設備，人，動(dòng)物和植物。在電力系統中，自動(dòng)化設備可能會(huì )產(chǎn)生各種電磁干擾，處于惡劣的電磁污染環(huán)境中。為了保證它們能夠正?？煽康毓ぷ?，它們必須承受這些電磁干擾(EMI)而不發(fā)生誤操作或拒動(dòng)，自身產(chǎn)生的電磁干擾不能影響周?chē)渌娮赢a(chǎn)品的正常工作。因此，這些產(chǎn)品在設計、制造、測試、安裝和運行方面必須完全滿(mǎn)足GB或IEC規定的電磁兼容標準的要求。

2.勵磁裝置電磁兼容的特殊性傳統電磁兼容技術(shù)的設計應從電磁兼容的三個(gè)基本要素入手，重點(diǎn)考慮原理的可行性、元器件的選擇、加工生產(chǎn)工藝、安裝運行環(huán)境等。以微機技術(shù)和電力電子技術(shù)為核心的微機勵磁裝置是電力系統的主要自動(dòng)化設備之一。除了與傳統自動(dòng)化設備的電磁兼容外，它還有自己的特殊性。圖1為自并勵微機勵磁裝置的典型原理框圖，主要包括與發(fā)電機端子或電網(wǎng)系統相關(guān)聯(lián)的勵磁干式變壓器(LB)、發(fā)電機定子電流互感器(CT)和發(fā)電機端子電壓互感器(pt)；勵磁電源裝置G1-G4；DC側過(guò)壓保護和退磁裝置(ZB)；雙通道(CHI、CHII)微機勵磁調節器等。電力系統中傳統的基于微機自動(dòng)化設備的電磁兼容設計是眾所周知的。本文將從設備自我保護的角度出發(fā)，重點(diǎn)研究勵磁設備的交流側和DC側過(guò)電壓及過(guò)電壓抑制。高次諧波和諧波抑制；可控硅同步和觸發(fā)脈沖噪聲抑制；測量回路的噪聲抑制等。 #p#分頁(yè)標題#e#

3.勵磁裝置的電磁兼容設計3.1勵磁裝置的過(guò)電壓和過(guò)電壓抑制如圖1所示，微機勵磁裝置中的電源由與電網(wǎng)相聯(lián)的發(fā)電機端子通過(guò)勵磁干式變壓器(LB)供電，電網(wǎng)是一個(gè)非常嚴重的噪聲源。直接雷擊或雷電感應引起的浪涌電壓線(xiàn)值可達6kV，地面可達12kV；各種電氣設備切換引起的浪涌電壓和電氣設備電源對地短路引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng)也可達到常規電壓的4倍。此外，勵磁裝置的電源體運行時(shí)也會(huì )出現影響設備安全運行的過(guò)電壓。這些過(guò)電壓不僅會(huì )危及電力設備和發(fā)電機的絕緣安全，而且由于其頻譜豐富，還會(huì )形成嚴重的干擾源。如果不進(jìn)行有效抑制，將嚴重威脅勵磁裝置的安全運行。3.1.1勵磁裝置過(guò)電壓分類(lèi)同步發(fā)電機勵磁裝置過(guò)電壓產(chǎn)生的原因有很多，根據過(guò)電壓方式的不同可分為以下幾類(lèi)：1。交流側過(guò)電壓：(1)大氣過(guò)電壓通過(guò)干式變壓器或發(fā)電機端傳遞到勵磁裝置，或運行引起的暫態(tài)過(guò)電壓；(2)勵磁干式變壓器斷線(xiàn)引起的過(guò)電壓；(3)勵磁干式變壓器漏抗引起晶閘管整流器換相引起的過(guò)電壓；(4)勵磁干式變壓器耦合電容引入的操作過(guò)電壓。2.DC側的過(guò)電壓(1)由滅磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)引起的過(guò)電壓；(2)與電網(wǎng)并聯(lián)的同步發(fā)電機非斷相合閘引起的過(guò)電壓；(3)干式變壓器高壓側兩相或三相短路引起的過(guò)電壓；(4)異步運行引起的過(guò)電壓；(5)晶閘管整流橋運行中的換相過(guò)電壓。3.1.2勵磁裝置過(guò)電壓抑制實(shí)際應用中的過(guò)電壓抑制措施應具體。

情況而定，通常選擇其中幾項以構成合理的抑制。選用時(shí)應以簡(jiǎn)單可靠、吸收暫態(tài)能量大、抑制過(guò)電壓能力強、使用壽命長(cháng)等為總的原則。 1.采用壓敏電阻抑制交直流側過(guò)電壓 如圖1交流側保護柜（JB）、直流側過(guò)壓保護及初勵柜（ZB）內抑制原理簡(jiǎn)圖所示，抑制交直流側過(guò)電壓簡(jiǎn)單而有效的方法是在交流電源輸入端、整流橋的輸出端及容易產(chǎn)生尖峰電壓的地方并接壓敏電阻。壓敏電阻是由氧化鋅、氧化鉍等材料燒結制成的非線(xiàn)性電阻元件，是一種較為理想的浪涌吸收器，壓敏電阻本身體積很小，當電路電壓低于其標稱(chēng)電壓U1mA時(shí)，電阻很大，只有幾μA的漏電流；當電壓超過(guò)壓敏電阻的標稱(chēng)電壓U1mA時(shí)，電阻急劇減小，可通過(guò)高達數千安的放電電流，從而將過(guò)電壓的能量瀉放，以達到保護整流元件、主開(kāi)關(guān)元件的目的。 2.采用隔離屏蔽技術(shù)抑制電網(wǎng)噪聲 普通電源干式變壓器的初次級繞組之間存在著(zhù)數百微法的分布電容，這種分布電容不僅容量大，而且有十分好的頻率特性，對高頻噪聲有很低的阻抗。通過(guò)初次級繞組之間的分布電容耦合而引入的噪聲是電網(wǎng)噪聲的主要傳輸渠道。

勵磁裝置中可采用初次級繞組之間加設接地屏蔽層的特制干式變壓器或在干式變壓器二次側直接接入對地電容的方法抑制電網(wǎng)噪聲。 3.采用五線(xiàn)式保護抑制換相過(guò)電壓#p#分頁(yè)標題#e#

由勵磁干式變壓器或交流勵磁機供電的可控硅整流器勵磁裝置，由于整流元件之間存在著(zhù)周期性換相，在換相瞬間將產(chǎn)生足以危機可控硅安全運行的換相過(guò)電壓。采用圖2所示的由R1、C1、R2、C2、R3、C3、V11-V17組成的五線(xiàn)式保護方案可以獲得良好的抑制效果。3.2勵磁裝置的的諧波及諧波抑制 在采用整流器的勵磁裝置中，不論是由交流勵磁機供電還是由勵磁干式變壓器供電，整流器的交流相電流均發(fā)生畸變，具有非正弦波形，并存在高次諧波電流分量。諧波分析表明，對于周期為2π、對稱(chēng)于橫軸的交流電流波形，不存在直流分量及偶次諧波，除基波外只存在奇次諧波。在勵磁裝置中采用Y/d-11接線(xiàn)方式、二次繞組為三角形連接的干式變壓器，因無(wú)中性點(diǎn)接線(xiàn)，可以有效地抑制三次及三的倍數次奇次諧波。3.3量測回路的噪聲抑制 勵磁裝置是以發(fā)電機機端電壓為主要控制對象的閉環(huán)控制系統，如圖1所示其量測回路主要經(jīng)由電流互感器(CT)、電壓互感器（PT)構成，該回路輸入一般是幾千安培到幾十千安培的交流電流信號或幾千伏到幾十千伏的交流電壓信號。電流互感器(CT)輸出一般為5安培、電壓互感器(PT)輸出一般為100伏。 微機勵磁裝置采用交流接口把發(fā)電機的電壓互感器付邊電壓以及電流互感器付邊電流轉換為相應成比例的較低的交流電壓。微型計算機對這些電壓采樣，并計算出當時(shí)發(fā)電機的機端電壓、定子電流、有功功率、無(wú)功功率等重要電量。這些信號相對于勵磁裝置來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，處理不好的話(huà)將對整個(gè)勵磁裝置的性能帶來(lái)非常大的影響。 如圖3.、圖4.所示交流電壓接口和交流電流接口，在勵磁裝置中除了完成其信號幅度變換的基本功能外，通過(guò)采取隔離屏蔽、雪崩二極管限副、模擬式低通濾波等噪聲抑制措施可以大大提高其電磁兼容特性。

3.4可控硅同步和觸發(fā)脈沖的噪聲抑制 由3.3可知，勵磁裝置是以發(fā)電機機端電壓為主要控制對象的閉環(huán)控制系統，而發(fā)電機機端電壓的控制是通過(guò)控制勵磁裝置功率器件可控硅的觸發(fā)角度完成的。在勵磁裝置中，由于電或磁的騷擾造成的同步和脈沖干擾可導致可控硅誤導通，從而引發(fā)發(fā)電機無(wú)功大幅度震蕩的事故時(shí)有發(fā)生。為了保證電力系統的安全運行，必須采取必要的抑制防護措施。3.4.1利用采保技術(shù)抑制同步噪聲 在實(shí)際應用過(guò)程中，由于可控硅換相引發(fā)的同步信號二次過(guò)零現象普遍存在，嚴重破壞了作為觸發(fā)脈沖控制角的記時(shí)起點(diǎn)，這一現象的存在威脅著(zhù)發(fā)電機勵磁裝置的穩定運行。 內勵磁裝置中普遍運用的方法是通過(guò)同步干式變壓器30°或90°相移接法，使同步電壓整形前超前30°或90°，然后通過(guò)RC低通濾波器回歸，借此將二次過(guò)零噪聲信號消除。這一方法由于電路簡(jiǎn)單、實(shí)現容易在內獲得了普遍應用。但是30°移相低通濾波器回歸法在同步信號波形畸變嚴重時(shí)效果不佳，而90°移相低通濾波器回歸法又使得同步信號衰減嚴重在一定程度上也制約了其應用。 我們知道，觸發(fā)脈沖引發(fā)換相過(guò)程，二次過(guò)零又在換相過(guò)程中產(chǎn)生，微機勵磁裝置利用可控硅觸發(fā)脈沖作為同步電壓采保信號源，通過(guò)計算機合理設置保持時(shí)間可以靈活適應不同復雜條件。如圖5所示電氣原理簡(jiǎn)圖，同步采保技術(shù) 移相低通濾波技術(shù)完美地解決了這一難題。#p#分頁(yè)標題#e#

3.4.2脈沖傳輸和噪聲抑制 可控硅的誤觸發(fā)通常是由于騷擾信號進(jìn)入門(mén)極電路而引起的。在勵磁裝置中產(chǎn)生控制脈沖的勵磁調節器和可控硅功率橋通常分別放置，兩者距離有時(shí)可達500米以上，因此除了對觸發(fā)電路本身采用的通用抑制措施之外，還必須針對勵磁裝置的特殊性采取進(jìn)一步措施以確保觸發(fā)脈沖的正確性。 （1）采用先立脈沖觸發(fā)電源以及彼此先立的觸發(fā)脈沖信號、地回路，降低傳導干擾； （2）在可控硅功率橋設置噪聲閾值及恢復整形電路提高觸發(fā)脈沖可靠度； （3）采用電流環(huán)提高脈沖遠距離傳輸噪聲容限； （4）將可控硅觸發(fā)門(mén)極回路導線(xiàn)加以屏蔽。如采用有屏蔽層的的絞線(xiàn)，將金屬屏蔽層接地。此外，與大電流的導線(xiàn)以及易產(chǎn)生干擾的引線(xiàn)（如接觸器、繼電器操作回路）之間應保證足夠的距離。 （5）單先敷線(xiàn)，走線(xiàn)徑直，避免和電感類(lèi)元件混合或其回路并行。

4.試驗 到目前為止，我已經(jīng)制定了70多個(gè)有關(guān)電磁兼容的家標準。應用于電力系統的微機型產(chǎn)品的電磁兼容項目主要有：GB/T17626.2-1998《電磁兼容試驗和測量技術(shù)靜電放電抗干擾試驗》、GB/T17626.4-1998《電磁兼容試驗和測量技術(shù)電快速瞬變脈沖群抗

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