勵(lì)磁裝置的電磁兼容性設(shè)計(jì)

李志軍盧建劉艷萍

(河北工業(yè)大學(xué)，天津300130)

摘要：勵(lì)磁裝置是發(fā)電機(jī)的主要輔機(jī)，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(shè)計(jì)是勵(lì)磁裝置質(zhì)量的可靠保證。結(jié)合勵(lì)磁裝置的特點(diǎn)，從設(shè)備自保護(hù)的角度，主要討論勵(lì)磁裝置交流側(cè)和DC側(cè)的過電壓和過電壓抑制；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(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用中的噪聲抑制措施驗(yàn)證了其實(shí)用性。關(guān)鍵詞勵(lì)磁裝置；電磁兼容性；可靠性

電磁感應(yīng)勵(lì)磁設(shè)備

李志軍如箭在弦上

(中天津河北科技大學(xué))

摘要：勵(lì)磁設(shè)備的可靠性其可靠性由電機(jī)的精細(xì)設(shè)計(jì)保證。本文主要討論勵(lì)磁設(shè)備的電磁設(shè)計(jì)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(lì)設(shè)備；EMC可靠性

1.概述電磁兼容性(ElectromagneticCompatibility，簡稱EMC)是指設(shè)備或系統(tǒng)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)展起來的一門新學(xué)科。從更廣的角度來看，電磁兼容技術(shù)要研究和解決的問題是電氣電子設(shè)備和系統(tǒng)，以及人類、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(shè)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(yīng)。)上的電氣和電子設(shè)備，人，動(dòng)物和植物。在電力系統(tǒng)中，自動(dòng)化設(shè)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常可靠地工作，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圍其他電子產(chǎn)品的正常工作。因此，這些產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、測試、安裝和運(yùn)行方面必須完全滿足GB或IEC規(guī)定的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.勵(lì)磁裝置電磁兼容的特殊性傳統(tǒng)電磁兼容技術(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)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(yùn)行環(huán)境等。以微機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)為核心的微機(jī)勵(lì)磁裝置是電力系統(tǒng)的主要自動(dòng)化設(shè)備之一。除了與傳統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的電磁兼容外，它還有自己的特殊性。圖1為自并勵(lì)微機(jī)勵(lì)磁裝置的典型原理框圖，主要包括與發(fā)電機(jī)端子或電網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的勵(lì)磁干式變壓器(LB)、發(fā)電機(jī)定子電流互感器(CT)和發(fā)電機(jī)端子電壓互感器(pt)；勵(lì)磁電源裝置G1-G4；DC側(cè)過壓保護(hù)和退磁裝置(ZB)；雙通道(CHI、CHII)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等。電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)的基于微機(jī)自動(dòng)化設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)是眾所周知的。本文將從設(shè)備自我保護(hù)的角度出發(fā)，重點(diǎn)研究勵(lì)磁設(shè)備的交流側(cè)和DC側(cè)過電壓及過電壓抑制。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#分頁標(biāo)題#e#

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

情況而定，通常選擇其中幾項(xiàng)以構(gòu)成合理的抑制。選用時(shí)應(yīng)以簡單可靠、吸收暫態(tài)能量大、抑制過電壓能力強(qiáng)、使用壽命長等為總的原則。 1.采用壓敏電阻抑制交直流側(cè)過電壓 如圖1交流側(cè)保護(hù)柜（JB）、直流側(cè)過壓保護(hù)及初勵(lì)柜（ZB）內(nèi)抑制原理簡圖所示，抑制交直流側(cè)過電壓簡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(jié)制成的非線性電阻元件，是一種較為理想的浪涌吸收器，壓敏電阻本身體積很小，當(dāng)電路電壓低于其標(biāo)稱電壓U1mA時(shí)，電阻很大，只有幾μA的漏電流；當(dāng)電壓超過壓敏電阻的標(biāo)稱電壓U1mA時(shí)，電阻急劇減小，可通過高達(dá)數(shù)千安的放電電流，從而將過電壓的能量瀉放，以達(dá)到保護(hù)整流元件、主開關(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數(shù)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(lì)磁裝置中可采用初次級繞組之間加設(shè)接地屏蔽層的特制干式變壓器或在干式變壓器二次側(cè)直接接入對地電容的方法抑制電網(wǎng)噪聲。 3.采用五線式保護(hù)抑制換相過電壓#p#分頁標(biāo)題#e#

由勵(lì)磁干式變壓器或交流勵(lì)磁機(jī)供電的可控硅整流器勵(lì)磁裝置，由于整流元件之間存在著周期性換相，在換相瞬間將產(chǎn)生足以危機(jī)可控硅安全運(yùn)行的換相過電壓。采用圖2所示的由R1、C1、R2、C2、R3、C3、V11-V17組成的五線式保護(hù)方案可以獲得良好的抑制效果。3.2勵(lì)磁裝置的的諧波及諧波抑制 在采用整流器的勵(lì)磁裝置中，不論是由交流勵(lì)磁機(jī)供電還是由勵(lì)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(lì)磁裝置中采用Y/d-11接線方式、二次繞組為三角形連接的干式變壓器，因無中性點(diǎn)接線，可以有效地抑制三次及三的倍數(shù)次奇次諧波。3.3量測回路的噪聲抑制 勵(lì)磁裝置是以發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為主要控制對象的閉環(huán)控制系統(tǒng)，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(gòu)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(jī)勵(lì)磁裝置采用交流接口把發(fā)電機(jī)的電壓互感器付邊電壓以及電流互感器付邊電流轉(zhuǎn)換為相應(yīng)成比例的較低的交流電壓。微型計(jì)算機(jī)對這些電壓采樣，并計(jì)算出當(dāng)時(shí)發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、定子電流、有功功率、無功功率等重要電量。這些信號相對于勵(lì)磁裝置來說至關(guān)重要，處理不好的話將對整個(gè)勵(lì)磁裝置的性能帶來非常大的影響。 如圖3.、圖4.所示交流電壓接口和交流電流接口，在勵(lì)磁裝置中除了完成其信號幅度變換的基本功能外，通過采取隔離屏蔽、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(lì)磁裝置是以發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為主要控制對象的閉環(huán)控制系統(tǒng)，而發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的控制是通過控制勵(lì)磁裝置功率器件可控硅的觸發(fā)角度完成的。在勵(lì)磁裝置中，由于電或磁的騷擾造成的同步和脈沖干擾可導(dǎo)致可控硅誤導(dǎo)通，從而引發(fā)發(fā)電機(jī)無功大幅度震蕩的事故時(shí)有發(fā)生。為了保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，必須采取必要的抑制防護(hù)措施。3.4.1利用采保技術(shù)抑制同步噪聲 在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于可控硅換相引發(fā)的同步信號二次過零現(xiàn)象普遍存在，嚴(yán)重破壞了作為觸發(fā)脈沖控制角的記時(shí)起點(diǎn)，這一現(xiàn)象的存在威脅著發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。 內(nèi)勵(lì)磁裝置中普遍運(yùn)用的方法是通過同步干式變壓器30°或90°相移接法，使同步電壓整形前超前30°或90°，然后通過RC低通濾波器回歸，借此將二次過零噪聲信號消除。這一方法由于電路簡單、實(shí)現(xiàn)容易在內(nèi)獲得了普遍應(yīng)用。但是30°移相低通濾波器回歸法在同步信號波形畸變嚴(yán)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(yán)重在一定程度上也制約了其應(yīng)用。 我們知道，觸發(fā)脈沖引發(fā)換相過程，二次過零又在換相過程中產(chǎn)生，微機(jī)勵(lì)磁裝置利用可控硅觸發(fā)脈沖作為同步電壓采保信號源，通過計(jì)算機(jī)合理設(shè)置保持時(shí)間可以靈活適應(yīng)不同復(fù)雜條件。如圖5所示電氣原理簡圖，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#分頁標(biāo)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)入門極電路而引起的。在勵(lì)磁裝置中產(chǎn)生控制脈沖的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和可控硅功率橋通常分別放置，兩者距離有時(shí)可達(dá)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(lì)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(dǎo)干擾； （2）在可控硅功率橋設(shè)置噪聲閾值及恢復(fù)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(yuǎn)距離傳輸噪聲容限； （4）將可控硅觸發(fā)門極回路導(dǎo)線加以屏蔽。如采用有屏蔽層的的絞線，將金屬屏蔽層接地。此外，與大電流的導(dǎo)線以及易產(chǎn)生干擾的引線（如接觸器、繼電器操作回路）之間應(yīng)保證足夠的距離。 （5）單先敷線，走線徑直，避免和電感類元件混合或其回路并行。

4.試驗(yàn) 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(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用于電力系統(tǒng)的微機(jī)型產(chǎn)品的電磁兼容項(xiàng)目主要有：GB/T17626.2-1998《電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)靜電放電抗干擾試驗(yàn)》、GB/T17626.4-1998《電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)電快速瞬變脈沖群抗

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