供电系统中电磁干扰问题的研究

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【摘要】本文主要围绕着供电系统的电磁干扰展开探讨，分析了供电系统中电磁干扰的主要问题，以期可以通过分析来提高供电系统运行的稳定性，提高系统的质量。

【关键词】供电系统；电磁干扰；问题

中图分类号：U223文献标识码： A

一、前言

目前，在供电系统运行的过程中，经常会遇到电磁干扰的问题，因此，如何有效解决电磁干扰问题就成为了供电系统维护运行的必要工作，也是提高系统运行稳定性的必要工作。

二、电磁干扰概述

所谓电磁干扰EMI(ElectromagneticInterference)是指任何能使设备或系统性能降级的电磁现象。主要有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。任何电磁干扰的发生都必然存在干扰能量的传输和传输途径(或传输通道)。通常认为电磁干扰传输有两种方式:一种是传导传输方式;另一种是辐射传输方式。因此从扰的敏感器来看,干扰藕合可分为传导藕合和辐射耦合两大类。而牵引供电系统各种供电方式的特点,决定了牵引供电系统产生干扰信号的种类,主要有传导性干扰信号、电磁辐射性藕合干扰信号两种。具体为:一是当牵引电流通过时,对周围信号系统的电子、电气设备产生电磁辐射;二是不平衡牵引电流沿轨道传导到信号设备,或牵引电流对直接驱动的机车电动机产生电磁噪声,并传导干扰信号到电源和机车上的机车信号电子设备上;三是牵引电流对相邻的信号电缆线路产生感应藕合,感应出干扰电压或电流。

三、高速电气化铁路牵引供电系统的电磁干扰及其影响

1、铁路信号电磁干扰

我国高速电气化铁路额的牵引供电系统中存在各种供电方式（AT自耦变压器、BT吸流变压器、直供和同轴电力电缆等），这也决定了其产生有各种干扰信号，主要有传导性干扰、静电感应干扰及电磁干扰等。相对来说，静电感应的强度和影响微不足道。而电磁干扰则会造成大的破坏。电磁干扰是是能够使设备或系统性能降级的电磁现象，主要分为传导性干扰和辐射干扰，这两种干扰的区别在于干扰的耦合方式。电气化铁路牵引供电系统产生的电磁干扰，主要也是通过传导和辐射两种方式侵入到铁路的信号设备中，从而造成干扰，进而造成经济损失甚或人身安全问题。

2、牵引回流对信号设备的影响

在信号系统中，信号设备通过扼流变压器接到钢轨上。理想状况时，两钢轨牵引电流经扼流变压器上下部线圈变压器中心抽头第二个扼流变压器上下部线圈流回钢轨。扼流变压器上下部线圈匝数相等，其产生等量大小的相反的磁通量，因此总磁通量为零，产生的感应电动势也为零，这时牵引电流对铁路信号系统设备和装置并不会产生影响。但在实际中并不存在理想的情况，两个线圈产生的磁通量无法抵消，由此产生由牵引不平衡电流所引起的干扰电压。据统计，牵引电流不平衡是轨道电路元器件烧损和故障的主要原因。

直供方式与AT供电方式是我国主要采用的带回流线的供电方式。AT牵引网中存在三条基本的回路：接触网――大地回路、正馈线――大地回路、钢轨――大地回路，钢轨电流应该限制在两个AT变压器之间，以利于降低轨电位，达到保护的目的；带回流线的直供方式包括两个基本电流回路：接触网――大地回路和轨道――回流线回路，在靠近牵引供电所和列车两侧，牵引回流较大，越远离则牵引回流越小。无论哪种供电方式，地面钢轨――大地都是牵引回流的必经之路，这对于防御干扰有重要的指导意义。

3、牵引电磁干扰的影响

因牵引供电系统的影响，铁路信号电缆芯线会产生感应电动势，导致信号质量下降，甚至严重的电磁影响会造成信号电缆绝缘层被击穿，威胁铁路运输的安全。而屏蔽则是电磁兼容控制的主要手段。要想发挥作用，屏蔽电缆的屏蔽层必须接地，其接地方式主要为单端接地和双端接地。

采用单端接地时，过电压波沿线芯流动时，电缆铝外套或金属屏蔽层不接地端会出现较高冲击电压。系统短路时，电缆铝外套或金属屏蔽层不接地端也会产生较高的工频感应电压，，可能会导致多点接地而形成环流；采用双端接地时的问题主要有两个：导致较大地电位差，破坏信号传输，烧损屏蔽层；屏蔽层流过电流时产生干扰信号，造成传输误差。

四、电磁干扰的产生和防止措施

1、电磁干扰产生的原理

由于各种电器的应用，在大气空间中单纯的电场或磁场是很少的。电磁干扰是以电场、磁场同时存在的一种高频电磁场辐射的形式。电场的分量和磁场的分量总是同时存在，因此，在屏蔽电磁干扰时要同时考虑电场和磁场。根据电磁场理论，屏蔽是利用屏蔽体来阻碍和减少电磁能量传输的一种技术。从电磁屏蔽的作用过程来看，电磁屏蔽就是电磁波在穿过屏蔽层时能量衰减程度。

2、防止电磁干扰的部分措施

（一）建筑物的自然屏蔽

在建筑物的施工过程中会加入许多金属构件。比如混凝土钢筋，金属网络、护栏等等。往往在建造，大部分金属构件都会在电气上连接在一起，就可以对建筑物构成一个立体的初级屏蔽网。这种屏蔽网虽然是格栅稀疏的，但毕竟能对外部的雷电电磁脉冲和大功率电器产生的电磁脉冲有初级屏蔽的作用，使之受到一定程度的衰减，从而有助于房屋内各种信息系统屏蔽的要求。这样在施工过程中将建筑物内的梁，柱，楼板及墙内的全部钢筋连接成一个电气整体，在加强建筑物整体稳定性的同时也形成了一个暗装式避雷网即法拉第电磁屏蔽笼。

（二）电源线和信号线的屏蔽

在重要的实验室或有数据交换的机房所有的电源和信号线，从防电磁干扰角度来看都应采用有金属屏蔽层的电缆。若没有屏蔽的电缆或信号线则应穿过金属钢管，即用钢管作为屏蔽。在室外的无屏蔽线路都应敷设在金属管道内，金属管道要有良好的接地。采用金属丝编织层为屏蔽层的电缆时，要详细了解屏蔽层的材料和网眼的大小，根据现场干扰的大小情况，选择适合的电缆。出于抗干扰的需要，当低频电磁干扰不严重时，在需要保护的空间内，屏蔽电缆应至少在其两端以及在其所穿过的防雷区界面处作接地。低频电磁干扰严重时，可以将屏蔽电缆穿入金属管内或采用双屏蔽电缆将金属管或电缆外屏蔽层至少在两端作接地。另外，在布线时避免出现较严重的弯曲。因为当电缆弯曲时，靠近内半径一侧的金属丝覆盖率很大，而靠近外半径一侧的金属丝覆盖率则显著减少，这样的弯曲部位外侧由于覆盖较为稀疏而会让一部分电磁场透过电缆屏蔽层，会使得电缆的屏蔽效能下降。

（三）设备和仪器的屏蔽

对与电磁脉冲干扰敏感的测试仪器和微电子设备，特别是重要的数据处理设备，都需采用连续的金属层加以封闭起来，进入仪器及设备的电源线和信号线以及它们之间的传输线应采用屏蔽电缆或穿金属管进行屏蔽。在信号电缆的两端屏蔽层要与仪器的屏蔽体保持良好的电气接触，使它们能构成一个完整的屏蔽体系。出于暂态过电压防护的目的，进入电子仪器的电源线应采用像压敏电阻之类的保护元件与仪器的屏蔽体系相连接，在屏蔽信号电缆的输入和输出端，宜采用像暂态抑制二极管之类的保护元件与仪器屏蔽体系相连接，以便在仪器的出、入口将沿信号线侵入的暂态过压波堵住，不让它进入仪器。必须在仪器上增加散热孔时，散热孔要尽量小，直径一般不大于5mm，若是散热口应是较小的长方形并要在上方加装向下的遮挡板，避免电磁干扰直接进入仪器设备。对于起关键性作用的测量仪器或电子设各群应放在可靠的屏蔽室里。

3、增加换流装置的相数

换流装置（整流器、逆变器）是电网主要谐波源之一。理论分析表明，换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为nk±1和nk(n为整流相数或脉动数，k为正整数)。由谐波产生的机理可知，如果整流相数越大，网侧电流谐波成分将越少，电流波形将更接近于正弦波。以三相桥式整流电路为例，其整流电流中只含有n次奇次谐波，但高次谐波的幅值只有基波幅值的1/n。整流相数增加对谐波的影响减少，但会相应提高设备成本。因此,一般工程上6次或12次整流就已足够。

4、改变谐波源的配置或工作方式

具有谐波互补性的装置应集中，否则应适当分散或交替使用，适当限制谐波量大的工作方式，可以减小谐波的影响。

一是减少非线性用电设备与电源间的电气距离。减少非线性用电设备与电源间的电气距离也就是减少系统阻抗，换句话说就是提高供电电压等级。

二采用高功率因数变流器。这类电路输入电流谐波分量少，功率因数很高甚至接近1，与设置补偿装置来补偿谐波和无功比，这是一种更为积极有效的方法。其中大功率装置多采用多重化和自换相技术，中等功率装置多采用pwm整流技术，小功率装置则多采用带斩波器的二极管整流电路。

五、结束语

综上所述，电磁干扰是供电系统运行过程中的巨大干扰源，所以，为了进一步提高供电系统的运行效果，今后必须要采取更加有效的措施来避免电磁干扰的出现，让供电系统运行更加顺畅。

【参考文献】

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[2]张志安.铁路10KV配电所电磁干扰及对策问题的研究[J].科技资讯,2011(12)

[3]蔡玉涛.铁路变电所综合自动化系统抗电磁干扰的措施[J].科学咨询(决策管理),2012(09)