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贵港航运枢纽水电站电磁场干扰分析及屏蔽措施研究

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/1/21 17:56:10   

 关键词:  水电站 措施 水电

1 引言

  贵港航运枢纽水电站装机4×30MW,采计算机监控系统,不设常规控制。为确保计算机监控系统的正常可靠运行,我们研究了各种外界电磁干扰对计算机及其电子设备的影响。
  水电站本身是一个复杂的电磁干扰源。贵港航运枢纽水电站发电机出口的敞露式母线距计算机室、中控室不远,其产生的工频感应磁场对CRT(计算机监控系统)的干扰是一个不容忽视的问题,此外,电晕干扰、静电场干扰、励磁系统的干扰也应加以考虑。

2 贵港航运枢纽水电站电磁干扰源

2.1 辐射电磁场干扰源

  贵港航运枢纽水电站通过3回110kV输电线路与系统联系。高压输电线路在送电时,随电压的不断提高,使导线表面发生电晕及其它放电的机会越来越多,在电晕及其它放电的同时,产生的效应之一是无线电干扰(简称RI)。无线电干扰的实质,是在电晕过程中出现一些有害的、频带相当宽的电磁波。输电线路是贵港航运枢纽水电站的主要辐射电磁场干扰源。

2.2 感应磁场干扰源

  贵港航运枢纽水电站单机容量30MW,额定电流1.7393kA,机端短路时,发电机短路电流为6.291kA,系统短路电流为26.126kA。扩大单元的三相敞露式母线从39.00m高程垂直贯穿到54.80m高程,三相敞露母线是工频感应磁场的主要干扰源,其长期连续的干扰,将会影响计算机监控系统CRT的正常工作,而瞬间的大幅值干扰可能影响监控系统的信号正常传输。其干扰源电流的典型情况为
  (1)发电机以额定电流运行 产生的磁场干扰是长期连续的,是最主要的磁场干扰形式。
  (2)发电机机端三相短路 由于此情况中发电机出口母线中流过系统短路电流,可能产生较大幅值的磁场干扰,但这种干扰是瞬间的、偶然的。
  (3)发电机机端二相短路 此情况中发电机母线中流过系统的二相短路电流,其磁场干扰是瞬间的、偶然的。
  (4)变压器低压侧三相短路 此情况中发电机出口母线流过二台发电机的短路电流,也产生较大的磁场干扰,这种干扰也时是瞬间的、偶然的。
  (5)变压器低压侧二相短路 此情况中发电机出口母线流过二台发电机的二相短路电流,这种干扰也时是瞬间的、偶然的。
  贵港航运枢纽水电站的机组机旁屏位于35.50m高程,机组励磁绕组电流约在34.50m高程处经过,在额定功率因数时励磁电流为1044A,强励电压倍数为2,励磁电流磁场干扰可能对机组机旁屏的正常工作有影响。由于贵港航运枢纽水电站励磁机的时间常数为20s,励磁电流的变化有较大的惯性,且励磁电流经过处距机旁屏较近,所以灭磁开关动作、可控硅换相的电压突变过程所产生的磁场可看作为似稳场。

3 进厂楼50.9m高程计算机室、中控室的电磁环境

3.1 静电场

  由于50.90m高程计算机室、中控室位于钢筋混凝土结构的厂房内,且外部开关站的最高电压等级为110kV,所以,50.90m高程中控室内的静电场因钢筋混凝土的屏蔽作用可以忽略不计。

3.2 感应工频磁场

  50.90m高程中控室位于下+036~下+048.6,0-78.91~0-116.90处,发电机三相敞露式母线在下+042.25、0-61.4m处从39.00m高程直贯穿到53.70m高程,较长的三相母线电流距计算机室、中控室的最近距离约18.63m,对计算机室、中控室来说,这是一个较强的工频磁场干扰源。对额定电流运行、机端三相短路、机端二相短路、变压器低压侧三相短路和变压器低压侧二相短路这5种典型的干扰情况,三相母线磁场干扰源对计算机室、中控室的最大干扰磁场强度列于表1。

3.3 辐射电磁场

  三回110kV输电线路是贵港航运枢纽水电站的主要辐射电磁场源,当厂房不存在时,其对计算机室、中控室地点的辐射电磁场干扰计算列于表2。由于实际厂房的屏蔽作用,实际辐射电磁场干扰要小于表2值。
  考虑所列的频率修正(见表3)后得计算机室、中控室地点的最大辐射电磁场干扰值列于表4。

          表1 发电机出口母线对计算机室、中控室的最大干扰场强    A/m

 额定电流机端三相短路机端二相短路主变三相短路主变二相短路最大场强0.01712.0915.110.640.79出现地点0-78.910-78.910-78.910-78.910-78.91 下+42.6下+42.6下+43.8下+42.6下+42.6 51.12m51.12m50.12m50.12m50.12m
表2 110kV线路对计算机室、中控室的辐射电磁场计算

名称参数增量值(dB)电压 (kV)110-30导线直径 (mm)23.72-1.05距离 (m)20+10大地电导率 (S/m)0.002-4.0相对空气密度0.95+2.1表面系数新导线+4.6相对湿度 ()100+3.0风速 (m/s)>31+4.5降雨量 (mm/h)>10+8.0基准场合 +35.0日波动最大值 +5.0月波动最大值 +5.0好天气对潮湿天气比 +17.0  Σ59.15
表3 各频率相应修正值

频率(MHz)0.150.20.40.60.81.02.04.06.08.010增量8.07.66.04.01.50-7.6-18-26-30.5-35
表4 计算机室、中控室的最大辐射电磁场电平

频率(MHz)RI(dB)0.1567.150.266.750.465.150.663.150.860.651.059.152.051.554.041.156.033.158.028.6510.024.15
4 主机间35.50m高程发电机层机组机旁屏的电磁环境

4.1 静电场

  由于35.50m高程机组机旁屏位于钢筋混凝土结构的主厂房内,且外部开关站的最高压等级为110kV,所以,35.50m高程机组机旁屏的静电场因钢筋混凝土的屏蔽作用可以忽略不计。

4.2 辐射电磁场

  由于35.50m高程机组机旁屏位于钢筋混凝土结构的主厂房内,且外部开关站的最高电压等级为110kV,所以,35.50m高程机组机旁屏的辐射电磁场可以忽略不计。

4.3 励磁系统的干扰磁场

  励磁电流对机组机旁屏的最大磁场干扰场强列于表5。

          表5 发电机励磁电流对机组机旁屏的最大于扰场强     A/m

 1机组2机组3机组4机组额定励磁电流20.2919.4920.2919.49强励励磁电流36.3335.0336.3335.03
4.4 感应工频磁场

  1#机机组机旁屏位于0-61.70处,2#机机组机旁屏位于0-44.20处,3#机机组机旁屏位于0-26.70处,4#机机组机旁屏位于0-9.20处,它们分别受到1#、2#、3#4#机组出口母线的磁场干扰。机组机旁屏所受到的最大磁场干扰场强列于表6(5种典型干扰源下的磁场强度数据)。

            表6 发电机出口母线对机组机旁屏的最大干扰场强     A/m

 额定电流机端三相短路机端二相短路主变三相短路主变二相短路1机组1.3598.89162.415.198.522机组0.6044.4182.762.324.333机组1.3598.98162.415.198.524机组0.6044.4182.762.324.33
5 安装间45.50m高程继电保护屏室的电磁环境

5.1 静电场

  由于安装间45.50m高程继电保护屏室位于钢筋混凝土结构的厂房内,且外部开关站的最高电压等级为110kV,所以,安装间45.50m高程继电保护屏室的静电场因钢筋混凝土的屏蔽作用可以忽略不计。

5.2 辐射电磁场

  由于45.50m高程继电保护屏室位于钢筋混凝土结构的厂房内,且外部开关站的最高电压等级为110kV,所以,45.50m高程继电保护屏室的辐射电磁场可以忽略不计。
5.3 感应工频磁场
  安装间45.50m高程继电保护屏室位于45.50m~48.50m高程,下0+41~下0+52,0-78.9~0-96.9,主要受到1#、2#机出口母线的电磁干扰,0-78.9处的最大干扰磁场强度列于表7(各种运行状况下0-78.9处截面的干扰磁场活力数据)。

          表7 发电机出口母线对继电保护屏室的最大干扰场强      A/m

 额定电流机端三相短路机端二相短路主变三相短路主变二相短路继电保护屏室0.463.252.151.791.19
6 对工频磁场干扰的看法

6.1 磁场干扰环境场强标准

  电磁干扰的标准规范是考虑抗干扰问题的依据,现将有关低频磁场的电磁兼容性标准列出
  (1)国标GB2887-82《计算机场地技术要求》磁场干扰环境场强机房内磁场干扰场强不大于800A/m。
  (2)国标GB6833.2-87《电子测量仪器电磁兼容性试验规范 磁场敏感度》将供电电源为直流或50~60Hz的受试仪器置于频率范围为47.5~198Hz,峰-峰为0.1mT的均匀磁场中,并用标准电源供电时,不应出现故障。
  (3)国标GB9313-88《数字电子计算机阴极射线管显示管通用技术条件》电源频率磁场敏感度应按GB6833.2要求。
  (4)美国军用电磁兼容性标准MIL-STD-461B当试样置于小于或等于图中相应的极限曲线的磁场中时,该试样不应产生任何误动作、性能降低或超出具体设备或分系统规范中所允许的范围。
  我们查对了图中的曲线,对于50Hz频率,允许的磁场强度为1GS,1GS=0.1mT,在空气中相应的磁场强度为80A/m。
6.2 磁场干扰对CRT的影响
  国内一些采计算机监控的水电站(如池潭、丹江口电站),在运行中都出现过CRT的图像抖动或扭曲变形的现象,引起了普遍的关注,这是由于工频磁场对CRT干扰造成的。
  南京自动化院对美国MONITOR公司CD1980型(丹江口电站用)和日本SHARP公司的CU-20PIDK(池潭电站用)显示器进行工频磁场干扰性能测试,结果如表8所示。由表8可见,CRT对工频磁场的抗干扰能力是相当低的。
                  表8 工频磁场对CRT的影响       A/m

 美国
CD1980日本
CU-20PIDKX方向Y方向X方向Y方向线条无抖动及变形3.287.215.2线条出现抖动12402041.6线条出现重影20.850.429.648线条出现几种颜色重影45.18041.641.6
① 屏幕左右为X方向,前后为Y方向② 原表单位为mGS,本表换算为A/m。
  为了系统的正常使用,日本Fuji公司以下列条件来考虑电磁场对CRT图像的影响。
  (1)交流磁场
  ①无肉眼感觉的抖动 0.4~0.6A/m
  ②实用上无影响   0.6~1.2A/m
  ③对实用无影响的轻微抖动 1.2~2.4A/m
  ④为防止图像的抖动应采取适当的措施 大于2.4A/m
  (2)电磁波的影响。当电流I(A)流经导体时,距导体r(m)处的磁场强度E(G)由下式计算
  E=2I/r×10-3GS
  通常认为,如上式计算出的磁场强度E乘以0.15且大于30mG(相应的磁场强度为2.4A/m)时,电磁波对CRT的影响是明显的。
  由此可见,厂家提供的磁场干扰的允许值是相当苛刻的,远比有关规范的允许值小得多,比南京自动化研究院的实测值也留有相当的余地,故在考虑贵港航运枢纽水电站磁场干扰对CRT的影响时,以CRT处的磁场强度不大于2.4A/m是适宜的。

6.3 计算结果分析及屏蔽措施的考虑

6.3.1 发电机额定电流运行时的场强
  由表1的最大磁场干扰值可知,计算机室、中央控制室范围内的最大干扰磁场强度为0.017A/m,远小于2.4A/m的允许值。因此,对CRT不必再采用磁屏蔽措施。
6.3.2 其他设备的磁场干扰
  继电器、自动装置以及各种电子设备的抗干扰能力较强,可以以国标规定的80A/m来考虑。根据发电机额定运行时对机组机旁屏、中央控制室、继电保护屏室等场所的磁场强度计算结果,最大磁场强度均远小于80A/m,故不必采取屏蔽措施。
6.3.3 短路时的磁场干扰
  计算机监控系统(CRT除外)的环境场强应执行国标GB2887-82的标准,其最容许值为800A/m。经各种短路情况进行计算,各场所的最大磁场强度如表9所示。

               表9 短路时各场所最大场强       A/m

 机旁屏中控室继保室最大场强162.4115.113.25
  由表9可见,各场所的最大磁场强度均比容许值小得多,故不必采取低频屏蔽措施。

7 辐射电磁场干扰的容许值

  (1)国标GB2887-82《计算机场地技术要求》规定机房内无线电干扰场强在频率范围为0.15~500MHz时不大于126dB(即2V/m)。
  (2)国标GB6833.5《电子测量仪器电磁兼容性试验规范辐射敏感度试验》将产品置于频率范围为14kHz~1GHz,电场强度为1V/m的环境中工作时,应正常工作。
  (3)美国DEC公司的《DEC计算机场地准备指南》中规定对数字计算机系统,要求机房内无线电干扰场强在频率为0.01~30MHz时不大于0.5V/m(即114dB)。
  (4)百龙滩水电站的CRT生产厂家提供的资料为最大容许电场强度3V/m(27~50MHz)。

8 结论

  贵港航运枢纽水电站计算机室、中控室的辐射电磁场干扰场强为67.15dB,且其他场所的110kV电压等级辐射电磁场干扰场强可忽略不计,因此我们认为,各场所可以不必考虑电磁屏蔽的措施。

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