1.概述
  電磁兼容，是指設備或系統在其所處的共同的電磁環(huán)境中不受干擾能正常工作同時(shí)不對該環(huán)境中任何其他事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。電磁兼容問(wèn)題在電力系統中得到了強烈的體現：一方面，電力系統是一個(gè)強大的干擾源，在其正常運行或者故障時(shí)都會(huì )產(chǎn)生各種穩態(tài)或暫態(tài)干擾，如大電流設備附近的磁嘗開(kāi)關(guān)操作時(shí)的暫態(tài)干擾等。另一方面，隨著(zhù)現在微電子技術(shù)的普遍采用，對干擾具有很高敏感性的各種二次自動(dòng)化設備在電力系統運行中起著(zhù)重要的作用，他們在極大提高電力系統自動(dòng)化運行程度的同時(shí)，不可避免地會(huì )遭受到來(lái)自電力系統內部或其他的一些干擾影響而有可能導致其工作失常，從而成為影響電力系統安全可靠運行的一個(gè)隱患。
  電力系統二次自動(dòng)化設備是電力系統運行設備的一個(gè)部分，在討論其電磁兼容問(wèn)題時(shí)，不應該把它孤立地作為一個(gè)電子設備來(lái)進(jìn)行，而要結合電力系統的電磁環(huán)境進(jìn)行綜合、全面地考慮。研究二次自動(dòng)化設備的電磁兼容性能，最終的目的是提高二次自動(dòng)化設備抵御各種干擾的能力，同時(shí)降低設備對周?chē)渌O備的干擾程度，從而提高系統運行的可靠性。然而，設備抗干擾性能的提高并不是無(wú)限度的，無(wú)論是從技術(shù)上還是經(jīng)濟上都是不現實(shí)的。從電力系統這一大的電磁環(huán)境角度出發(fā)，只有在對干擾源以及干擾耦合途徑進(jìn)行深入研究的基礎上，對二次自動(dòng)化設備所處的電磁環(huán)境進(jìn)行合理的評估，才能對其抗干擾性能提出合理的要求，并在此基礎上研究提高其抗干擾能力以及抑制其所產(chǎn)生干擾的程度。
2.電力系統電磁兼容問(wèn)題描述
  如果把二次設備作為一個(gè)干擾的感受者來(lái)進(jìn)行討論的話(huà)，那么電力系統的電磁兼容問(wèn)題可以用下圖來(lái)描述。
  各種干擾二次設備耦合途徑通過(guò)各種連接線(xiàn)的傳導作用或通過(guò)空間的輻射作用
  影響二次設備的主要干擾源有：
（1）一些自然的干擾如：雷擊、靜電等。
（2）操作或系統故障時(shí)的瞬態(tài)干擾如：隔離開(kāi)關(guān)和斷路器操作、低壓回路繼電器動(dòng)作、接地故障時(shí)短路電流引起的共模干擾等。
（3)系統運行時(shí)的穩態(tài)干擾：如高壓設施附近的工頻電場(chǎng)和磁嘗附近電子或通信設備的干擾等。
其中對二次設備最具影響作用的干擾是一次開(kāi)關(guān)（隔離開(kāi)關(guān)和斷路器）動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)干擾，這種瞬態(tài)干擾一方面以場(chǎng)的形式向外輻射，通過(guò)對二次設備的外接導體（各種回路連線(xiàn)、地線(xiàn)）的耦合或者直接通過(guò)空間的輻射耦合進(jìn)入到二次設備內部，另一方面直接通過(guò)二次設備連接到高壓設施的導體（PT、CT、高頻載波通道等）傳導進(jìn)入二次設備內部，影響二次設備的正常工作。
解決電力系統電磁兼容問(wèn)題的途徑在于a)對系統的電磁環(huán)境進(jìn)行測量評價(jià)；b)在系統設計建設中采取必要的合理的措施，減緩干擾對二次設備的作用；c)提高二次設備本身的抗干擾能力。
事實(shí)上，國內外研究人員通過(guò)多年的努力已經(jīng)積累了大量的數據，并依據其制定了相關(guān)的標準和導則用于指導電力系統的設計和二次設備的設計，但是隨著(zhù)電力技術(shù)近幾年的發(fā)展，一些新技術(shù)得到廣泛的應用，由此而帶來(lái)的電力系統電磁環(huán)境的變化以及對二次設備的影響問(wèn)題，值得大家進(jìn)一步的關(guān)注和研究。
3.GIS變電站
  與傳統的AIS變電站相比較，GIS由于與周?chē)h(huán)境隔絕、占地面積縮小以及運行安全和維護方便等優(yōu)點(diǎn)，正日益廣泛地應用在變電站建設中。GIS在使得變電站體積縮小的同時(shí)所帶來(lái)的系統電磁環(huán)境的改變正成為人們致力于研究的一個(gè)課題。
 與傳統的AIS相比較，GIS電氣部件的尺寸要小得多，而且被封閉在屏蔽的金屬殼里，因此在其開(kāi)關(guān)操作時(shí)產(chǎn)生的干擾與傳統的AIS具有不同的特征。
  由于被封閉在金屬殼里，GIS所產(chǎn)生的干擾主要是通過(guò)流動(dòng)在母線(xiàn)上的干擾來(lái)回反射，以場(chǎng)或者電壓（電流）的形式向外傳遞或者通過(guò)GIS外殼以及當其一些連接處（如在套管或接地處等）存在屏蔽不連續點(diǎn)時(shí)形成較強的輻射源，以場(chǎng)的形式向外輻射，
3.1瞬態(tài)場(chǎng)
  一次開(kāi)關(guān)動(dòng)作所產(chǎn)生的瞬態(tài)磁場(chǎng)水平取決于母線(xiàn)中的瞬態(tài)電流值，而瞬態(tài)電流值則在很大程度上取決于系統電壓與瞬態(tài)阻抗之比，因此，可以這么說(shuō)，系統電壓越高，瞬態(tài)磁場(chǎng)水平越大。在A(yíng)IS變電站中，一般在母線(xiàn)下方和非?？拷妇€(xiàn)處直接測量的磁場(chǎng)水平在30-100A/m（峰值）。而在GIS變電站中則相對要低一點(diǎn)，一般為10-50A/m（峰值）。磁場(chǎng)水平隨著(zhù)與母線(xiàn)的距離增大迅速減小，在離母線(xiàn)大約10米距離上磁場(chǎng)強度至少要衰減3倍。
  母線(xiàn)下的瞬態(tài)電場(chǎng)幅值與磁場(chǎng)相似，在A(yíng)IS變電站中，所測值一般3至10KV/m(峰值)，GIS變電站中所測到的值比AIS變電站要低一點(diǎn)，同樣，電場(chǎng)值與系統的電壓等級相關(guān)，電壓等級越高，電場(chǎng)值越大。但是，在GIS變電站非?？拷坠芴庪妶?chǎng)值卻非常之大，可以達到30KV/m。與AIS不同的是，GIS一次開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)所測到的暫態(tài)電場(chǎng)短時(shí)間后即趨向于零，而不是維持在一個(gè)常數上，這可能是由于其金屬外殼接地所致。
  從頻率特征上來(lái)看，由于GIS的特性阻抗比AIS要小得多，這就使得GIS與母線(xiàn)或架空線(xiàn)在連接處阻抗不匹配加劇，導致了干擾電流（電壓）波的反射增加，因此，GIS較之AIS產(chǎn)生的干擾波振蕩頻率更高。一般在A(yíng)IS變電站中所測到的場(chǎng)的主導頻率在3MHz以下，而在GIS變電站中測到的則要高得多，通常是AIS的10倍以上，大多數情況是在50MHz以下，但其上限頻率卻可達到100MHz以上。
由于通常GIS高壓設備和電子設備之間的距離較近，因此在GIS變電站中暫態(tài)電磁場(chǎng)輻射對設備的影響應引起足夠的重視。
3.2二次端口干擾電壓
  二次端口的干擾電壓測量值是目前二次設備抗擾度水平評估的主要參數。他是幾乎所有耦合方式（除了直接的源和感受者之間的輻射耦合之外）的最終結果，對二次設備抗擾度評價(jià)具有重要意義。
  二次端口的測量數據較多，但是由于電壓的測量數據與現場(chǎng)的設計（如CT、PT回路中性點(diǎn)的接地做法、屏蔽層的屏蔽質(zhì)量和接地狀況、測量位置等）有關(guān)，因此進(jìn)行數據的比較很困難，只能從大量的數據找出典型的數據進(jìn)行討論。一般認為，在屏蔽的CT/PT回路中最大的共模電壓范圍從100V到2.5kV峰值，大多數測量值在1kV以下。而在非屏蔽的CT/PT回路中測量值要高得多，在運行中的電纜上曾紀錄到高達4kV的峰值電壓。從頻率上來(lái)看雖然干擾電壓的頻率特征是與場(chǎng)相對應的，但是由于電纜的傳輸作用以及多種耦合形式的反應，可能會(huì )導致頻譜形式的一些不同，特別是場(chǎng)的高頻成分在電纜上會(huì )迅速地被衰減掉。 干擾電壓的主導頻率在A(yíng)IS變電站中主導頻率一般在2MHz以下，而在GIS變電站中要高得多，可以達50MHz。
因此為了適應這種狀況，CIGRE（國際大電網(wǎng)會(huì )議）WG36.4工作組，已向IEC（國際電工委員會(huì )）提出了修改IEC61000-4-12標準的建議。該標準是IECTC77工作組特別針對高壓開(kāi)關(guān)電弧重燃形成的衰減振蕩干擾波而制定的電磁兼容基礎標準，它所定義的干擾波型和試驗等級是IEC其他專(zhuān)業(yè)委員會(huì )（如TC）制定產(chǎn)品標準的依據，標準與新提議的對照見(jiàn)下表。
4.變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)和保護下放
  變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展已經(jīng)達到了相當的水平，從初期的集中式結構到目前廣為采用的分散式結構，不僅使得變電站自動(dòng)化程度得以大大提高，更直接降低了系統的建設成本，然而，技術(shù)的發(fā)展的同時(shí)也帶來(lái)了電力自動(dòng)化設備運行環(huán)境的變化。
  早期的集中式結構只是在原有的二次設備配置的基礎上增加了計算機管理功能，變電站按規模配置相應的微機保護裝置和微機遠動(dòng)裝置，并安裝在主控制室內，系統的控制、信號量以模擬量的形式通過(guò)電纜上傳，這種結構方式的缺點(diǎn)主要是資源不能共享，也不能節省大量的電纜，同時(shí)由于控制信號是以模擬量的形式長(cháng)距離傳輸，因此數據容易受到現場(chǎng)的干擾，但是二次自動(dòng)化設備相對處于電磁環(huán)境較好的控制室中，所遭遇到的電磁騷擾會(huì )較弱一點(diǎn)。而分散式結構采用的是將控制單元、保護單元、數據采集單元就近安裝在戶(hù)外高壓開(kāi)關(guān)附近或戶(hù)內開(kāi)關(guān)柜中，通過(guò)數字信號線(xiàn)或光纜將信號上傳，這就大大降低了傳統變電站設計中的各種模擬控制信號的連接長(cháng)度，提高了系統信號傳輸的抗干擾能力，但是，對于二次自動(dòng)化設備而言，由于其從原來(lái)條件較好的控制室被下放到開(kāi)關(guān)場(chǎng)附近，運行電磁環(huán)境惡化，對其抗干擾性能也就提出了更高的要求。同時(shí)由于二次自動(dòng)化設備自身的功能集成程度提高，單裝置內部干擾互相耦合幾率加大，這就使得設備抗干擾設計面臨著(zhù)更高的難度。
  對于分布式設備應滿(mǎn)足的抗擾性要求應該是基于開(kāi)關(guān)場(chǎng)中的電磁干擾數據，在控制室中所測量到的數據可能已不適用，控制電纜在開(kāi)關(guān)場(chǎng)末端的感應電壓可能會(huì )比在控制室末端要高。
隨著(zhù)近幾年我國越來(lái)越多的高壓變電站保護下放至開(kāi)關(guān)場(chǎng)，高壓開(kāi)關(guān)操作所產(chǎn)生的強大干擾對保護設備的各種影響研究工作也在積極進(jìn)行之中，在一系列的測試數據中較多的是針對一次開(kāi)關(guān)操作時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)電場(chǎng)和磁嘗PT/CT二次側干擾電壓和電流、母線(xiàn)下平行電纜上的感應電壓以及變電站交流220V電源方面，測試參數涉及到波形、主導頻率、強度等。從對我國幾個(gè)保護下放的500kV變電站一次開(kāi)關(guān)操作時(shí)實(shí)際測試結果來(lái)看，在二次側的干擾電壓強度一般小于標準規定的最高級別，而在頻率上則比標準中的要求要高一些，220V電源上的干擾電壓要大一點(diǎn)。然而，對于二次自動(dòng)化設備而言，最重要的是在二次設備端口的干擾情形，有關(guān)這方面的數據積累較少。
  另外開(kāi)關(guān)場(chǎng)暫態(tài)電磁場(chǎng)通過(guò)空間耦合對自動(dòng)化設備的影響也是一個(gè)需要深入研究的課題，對于這一類(lèi)需放到開(kāi)關(guān)場(chǎng)中的裝置，隨著(zhù)保護小室設計逐漸趨向于使用非屏蔽設計，裝置本身的屏蔽設計就顯得更為重要，而這方面又恰好是我們電力自動(dòng)化設備設計制造中的薄弱環(huán)節。