发电机励磁装置生产抗电磁干扰工艺布局研究

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摘 要：励磁系统装置属电站发电机控制设备安装在发电厂强磁场环境中，要求励磁系统装置内部必须具备良好的抗电磁干扰工艺布局。本文结合以往的励磁系统装置生产、试验阶段及电站调试过程提出励磁系统装置在装配、配线生产过程中的抗电磁干扰工艺布局及进一步对励磁系统装置抗电磁干扰工艺布局进行探究。通过研究的运用，进一步指导提升励磁系统装置电磁兼容性工艺制造水平，确保电站设备的安全运行。

关键词：电磁干扰；电磁兼容性；屏蔽线；绞合线；光缆布线；集肤效应

1 问题的提出

励磁系统装置属电站发电机控制设备，主要功能是为发电机机端提供稳定可靠的励磁电流。励磁系统装置主要由励磁调节器、功率整流器、灭磁及转子过电压保护、启励、转子绕组接地保护等屏柜装置构成。由于励磁系统装置在工作中要完成电气信号采集、控制计算、发出控制指令、通过电力执行元件输出等电气动作。在励磁系统装置屏柜内，信号、控制、电力等构件及缆线交织在一起，极易相互电磁干扰造成电气误动作。另外，励磁系统装置安装在发电厂强磁场环境里，对励磁系统装置要求必须有很好的抗电磁干扰能力。在以往的励磁系统装置生产试验阶段及电站调试过程中，曾经也发生过因励磁系统装置受到无谓电磁干扰无法调试而重新组织配线加工的实例。解决励磁系统装置的抗电磁干扰问题，对提高励磁系统装置在电站调试、运行有着至关重要的意义。

2 励磁系统装置在装配生产过程中抗电磁干扰工艺布局

本节重点结合大型发电机励磁系统装置装配配线生产，进行抗电磁干扰工艺布局及对抗电磁干扰工艺布局展开研讨。励磁系统装置受到外部电信号电磁干扰的现象很多，究其产生原因主要是由电磁感应而产生的干扰信号源而来。结合多年励磁系统装置生产实践，对电力控制产品装配配线生产过程的抗电磁干扰工艺方案一一归纳总结：

2.1 信号线，一般指承载各种采样信号的导线；控制线，它是一种被人为放大的信号电流承载导线，其电流用以控制其它执行元件。

2.2 作为抗电磁干扰的有效措施，励磁系统装置的信号线、控制线一般选用屏蔽线或绞合线布线。

2.3 作为信号线、控制线与其它等级导线分隔措施，信号线、控制线应与其它电力导线以90？交叉布线，决不允许与电力线、交直流总线及高压线并行布线。

2.4 信号线、控制线优先选用行线槽布置走线。为屏蔽电磁干扰，行线槽应安装在一个可靠接地的金属底板上。

2.5 采用绞合绝缘布线是抗电磁干扰的有效方法之一，绞合绝缘线布线的抗电磁干扰能力强，对外辐射小，传输感抗与分布电容都小。它是最经济的抗电磁干扰布线方法之一。

因为用物理学角度分析，任何一根导线当有电流流过时，都有电磁向周围空间辐射，其辐射强度与电流的大小成正比，其方向由电流流动的方向决定。而此时，如果有另一根导线，电流的大小与上一根相同、电流的方向与上一根相反且与上一根重合。则从理论上计算，两根导线对外辐射抵消，即向外辐射为零。而实际生产过程是无法让两根导线重合的，为了使效果上接近两根导线重合，人们将通过一个用电器的两根回路导线紧密地绞合在一起，使其辐射尽可能减少，这就是配线工艺上所说的绞合线。

2.6 分流器配线、可控硅门极接线，这些设备中两线配线都应为绞合线。

2.7 绞合线使用应尽量取短、等长、绞合紧密。

2.8 有效消除布线电磁干扰的另一种方式就是使用屏蔽线。

2.9 屏蔽线在使用中，在屏蔽体与地或电磁干扰源的金属壳体之间所做的永久良好的电气连接称为屏蔽接地。屏蔽接地有两个作用：一个是为信号、电源和电气安全提供必要的通路，以保证不引入过大的共模电磁干扰而实现有效的性能。另一个作用是形成一个通路，将外部导线上或环境中的电磁干扰能量分流出去使之远离敏感电路。

2.10 屏间及对外的DI/DO控制信号，如起励，灭磁开关合闸指令，灭磁开关跳闸指令等也必须采用屏蔽线，以防电磁干扰。

2.11 屏蔽线配线连接前，先将屏蔽线端部适当位置绝缘皮剥去，露出屏蔽层，用适当方式将屏蔽线固定，屏蔽层就近接地，然后，进行屏蔽线芯线配线。

2.12 重量较大的屏蔽线，需用适当的固定夹紧固在接地电缆架上，屏蔽电缆芯线不得受到拉伸应力。目前已有新工艺屏蔽线压线夹将屏蔽线的屏蔽层压接在小接地铜排上，完成屏蔽接地，同时又固定了屏蔽电缆。

2.13 为保证各需要环节可靠接地，屏体装配内，设有接地汇流铜排。各接地汇流铜排之间用多股接地线互连，最终接入总接地汇流铜排。

2.14 配线过程中，将多束导线装入一个专用塑料槽中布线，此布线工艺称为行线槽布线。屏柜产品行线槽内布线原则：配线等级相容的导线被允许放置在同一行线槽，电流较大的绝缘导线安置在行线槽底部，上部用作信号传输线及控制反馈线等布线。内部走线总量的截面积以不超过70%走线槽内部截面积为宜。

2.15 屏柜过门线因信号线集中应使用多股软线，并套尼龙编织套管等扎束，扎束外层加铝箔或金属网格屏蔽。

2.16 屏柜励磁设备与主控室DCS设备长距离屏蔽线传输时，屏蔽线接地方式为在主控室DCS设备单端接地，在励磁设备现场一端不要将屏蔽线接地。如果两端接地则会形成感应环路，感应出电磁干扰信号，反而适得其反。通常的做法是在主控室的DCS设备上，将几根电缆的屏蔽线编成辫，然后接到DCS的屏蔽接地端子或接地铜排上。

3 国外品牌励磁系统装置抗电磁干扰工艺布局深入探究

由于工作内容经常接触到许多国外品牌公司的励磁系统装置，这些公司在励磁产品制造过程中，抗电磁干扰方面有其特点：

3.1 特别强调励磁系统装置控制构件必须对高频电磁干扰信号有可靠的屏蔽作用。将屏体框架、各门板、侧板、盖板、安装底板等构件统统用编织线相连接地（编织线的导线外表面积大，根据物理学集肤效应原理，有利于高频电流的流动）。

3.2 为实现配线过程中涉及的接地，在每一排接线端子旁专设一个接地小铜排。

3.3 为减少载流导线对空中辐射电磁干扰，将承装信号传输线的行线槽全部紧贴可靠接地的金属板安装。

3.4 研究屏面仪表孔、通风孔等的大小引起外部辐射源对屏内电气元件造成的电磁干扰问题。为防止这种外部辐射源通过屏开孔进入屏内的电磁干扰，屏体开孔不允许过大或集中。屏内电气单元、电路板等应用金属接地屏蔽罩进行二次防护。对开孔面积较大的屏体通风孔采用金属通风滤网结构，以屏蔽外部辐射源进入屏柜内。

3.5 对于向屏内单元供电的低压电源（如24、48伏电源等），在电源的输出端加电源滤波器，对电源进行进一步滤波、隔离。电源滤波配线使用密双绞或屏蔽线，强调电源滤波器的输入、输出线分别布线。

3.6 在励磁调节器底部，预留出足够试验及临时接线防电磁干扰的屏蔽布线通道。

4 消除电磁干扰的新工艺技术

近来，出现了一种超强性能的抗电磁干扰信号传输材料--光纤线缆。在强电磁场工作环境中，用光缆传输信号几乎不受任何干扰。我公司新近开发一种新型励磁系统控制装置，其中许多控制器是通过光纤连接实施通讯连接的。通过十几个电站运行表明，在电厂严酷的电磁环境中光缆信号传输不受任何电磁干扰，传输可靠准确率达到100%。

结束语

随着光纤传输控制器在励磁系统装置中的应用及装置生产抗电磁干扰工艺布局技术日臻成熟，电站设备运行的安全可靠性将呈大幅度提高。