基于电磁兼容技术的电力系统自动化设备故障诊断研究

引言

在现代电力系统中，自动化设备凭借其高效、精准的运行控制能力，成为保障电力可靠供应的核心力量。电力系统自身复杂的电磁环境，如高压设备的电晕放电、大功率开关操作产生的暂态过电压，以及外部通信设备、工业设备带来的电磁辐射，使自动化设备时刻面临电磁干扰威胁。

一、电力系统自动化设备电磁兼容原理与干扰分析

1.1 电磁兼容基本概念与标准

电磁兼容（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何其他设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。这一概念包含两重核心要义：其一，设备自身需具备抗电磁干扰能力，确保在复杂电磁环境下稳定运行；其二，设备运行产生的电磁干扰必须控制在规定限值内，避免对周边设备造成不良影响。国际电工委员会（IEC）制定的 IEC 61000 系列标准，对电磁干扰发射限值、抗扰度要求及测试方法进行规范，成为全球电气和电子设备电磁兼容认证的重要依据。我国等同或修改采用部分IEC 标准，结合实际制定 GB/T 17626 系列国家标准，为电力系统自动化设备的研发、生产和检测提供明确规范。

1.2 电力系统自动化设备电磁干扰源分析

电力系统自动化设备的电磁干扰源有内部源与外部源两大类。电力系统自动化设备内部干扰源主要包括电力电子器件开断电路瞬时高电压高电流会产生高频电磁干扰，微处理器、数字电路工作时的时钟信号和数据传送信号产生的电磁辐射，信号跳变产生传导干扰，周围电路电力电子装置的绕组、开关、变压器及电感在电路工作过程中产生磁通的交变，会在周围电路中感应电势，绕组间的分布电容会使高频信号耦合传输；自动化设备外部干扰源主要包括高压输电线路的高频电磁干扰主要是电晕放电过程中产生的高频电磁噪声，通过电容耦合或者电感耦合，干扰临近设备；通信设备在发射电磁波过程中产生的电磁波，与通信设备相互干扰；工业设备的电焊机、感应炉工作过程中会产生的电磁波，都是超强的电磁干扰，可以经由空间辐射或者从电线电缆传导到通信设备的外界环境。

1.3 电磁干扰传播途径分析

电磁干扰的传播形式主要有传导与辐射。其中，传导干扰主要从电源线路这一途径引上网，形成电网的干扰，再反过来通过电源线路引下干扰回路，导致设备自身的干扰回路向电网传回干扰，而信号线路则往往容易受周围干扰耦合影响破坏信号的准确性；辐射干扰在近场时主要以电、磁耦合形式产生，电以电容方式、磁以电感方式干扰受电设备；而当远场辐射电磁波产生时，干扰源辐射的电磁波则在空间进行传播，并在受辐射受控设备上感应出电动势造成设备受干扰。

二、电磁干扰对电力系统自动化设备性能的影响

2.1 对数据采集与传输的影响

电力系统自动化设备中，干扰作用到电气中继部分，引起数据采集误差。模拟量的采集过程中，数据采集受到的干扰数据如果超过真实数据范围，则可能导致数据采集存在偏差，引发无法准确判断电力系统中电能设备的运行情况。数据传输过程也易因受到干扰导致数据传输错误、出现丢失、变化等情况，导致设备通讯性能不稳。在变电站自动化系统运行中，自动化设备中的通信线路因受到电磁干扰时，监控中心将无法及时准确地获取现场设备的运行数据。

2.2 对设备控制功能的影响

电力系统自动化设备的控制可能会受到电磁干扰的影响，造成自动化设备的误动作或失灵。而电力系统中的继电保护自动化设备，如果受到极大的电磁干扰则会误判电力系统的故障情况，并发出错误的跳闸信号，产生不必要的停电事故。而控制信号由于电磁干扰而出现信号畸变现象，控制自动化设备也按一定的控制策略正常工作。

2.3 对设备可靠性与寿命的影响

电力系统自动化设备长时间工作在电磁干扰环境中，设备的可靠性和使用寿命受到影响。电磁干扰会让设备中的电子元件出现过热、老化等情况，导致元件的性能、可靠性降低，缩短设备的寿命。高频电磁干扰会让电容、电感等元件的参数出现变化，导致元件不能正常工作，甚至烧毁元件。

三、电力系统自动化设备故障类型及特征分析

3.1 自动化设备常见故障类型

电力系统自动化装置故障大致分为硬件故障、软件故障以及通信故障。硬件故障主要是由于电性能下降而造成的电路元器件损坏，或者由于老化的元件没有及时更换，直接造成电路不能正常工作；印制电路板上连接线路的断路、短路及虚焊问题，致使电路连接工作不可靠；传感器对采集到的数据不准确，执行器执行动作不准确，会导致对电网系统中各项数据监测错误，对电力设备进行错误的操作；软件故障，软件中的逻辑设计错误或算法错误会导致装置设备的错误操作，多款软件模块的运行之间会出现冲突问题导致装置设备的“卡机”，以及在数据保存时由于相关操作导致的数据出现错误，设备判断电力系统的运行状况时就会发生误差；通信故障，通信线路的物理损伤、设备间的通信协议不对应以及电磁噪声带来的噪声的干扰，造成数据的传输、检测以及监控工作不能正常进行。

3.2 不同故障类型的电磁特征分析

每种故障在故障发生时会产生其特有的电磁特征。硬件故障情况下，电路中的元件故障会导致电路的电流电压分布发生变化，例如电路中发生电阻开路将引发电路电流的突变，感应出电感电动势；发生电容故障将使电路中的频率特性的发生改变，从而导致在电磁上的振荡。印制电路板上的线路故障改变电路中的阻抗，断路位置产生高电压的辐射，短路位置的电流增长使场增大。软件故障虽无明显的强大电磁信号产生，但故障导致设备功能的异常运行，设备的执行器反复发生开启和闭合、数据信息在短时间内被刷新和处理，这些过程都引发了电磁辐射的额外电磁干扰现象；软件的冲突导致处理器产生超负荷现象，故障发生时相关元件的发热都会对信号产生不同程度的电磁干扰，从而引发电磁干扰。

结语

鉴于自动化设备电力系统受到外部各类因素干扰较大，如何采取技术措施对其进行有效保障其正常运行，本研究成功构建基于 EMC 技术的电力系统自动化设备故障诊断系统，基于电磁干扰因素与故障特征相关联的诊断方法研究，成功整合电磁兼容技术以及模糊、神经网络等智能算法进行联合诊断，实现快速、精准的故障诊断。文中所设计构建的故障诊断系统通过试验以及实际运行实践情况表明，对电力系统自动化设备的诊断效率及准确性均有明显的提升，能够为电力系统稳定运行提供技术保障。

参考文献

[1]任娟.基于电磁兼容技术的电力系统自动化设备故障诊断研究[J].电气技术与经济,2024,(11):37-39.

[2] 龙光清. 电磁兼容技术在电力系统自动化设备中的应用[J]. 自动化应用,2023,64(S2):38-40.