广州地下铁道总公司黄嘉琳
摘要：变电所内日益增多的设备所带来的电磁干扰是必然的，所以在设备故障分析判断中，要将电磁干扰放在必须考虑、必须研究的位置上，以便减少在故障判断的弯路。本文通过分析一起高压设备产生的电磁干扰导致的开关误动作案例来说明电磁干扰特殊性及其三要素。
关键词：电磁干扰干扰源耦合通路接收器案例分析
电磁干扰已经成为生活及工作的一部分，特别是对于某些特别专业，例如本人所从事的变电专业，随着变电所内设备的增加、设备功率的上升，越来越多的电磁干扰出现或加强。在变电所中大部分设备产生电磁干扰强度是有限的，不会对其本身或其它设备造成影响。但是高压电力设备，例如高压输电线路、变压器等的磁泄漏都是很强的干扰源。本文主要通过分析一个由于高压设备产生的电磁干扰导致的开关误动作事件。
故障情况
本次故障开关柜为DC1500V直流进线开关，广州地铁DC1500V牵引系统由两台直流进线开关柜及数台直流馈线柜组成，进线柜与馈线柜的元件组成及保护原理存在较大差异，该事件中电磁干扰仅对进线柜造成影响。
2012年9月广州地铁五号线某牵混所牵引系统直流进线201、202开关在同一时刻跳闸，且故障时刻监控装置只有记录到进线开关报大电流脱扣动作报文，没有其他报文。故障后，对该所直流开关进行触头进线检查，发现201、202灭弧栅内无电弧烧灼痕迹，基本排除了201、202开关分断过大电流的可能。同时对开关柜二次回路进行了检查，未发现二次回路故障点。排除了201、202开关发生大电流脱扣故障的可能，当时初步判断201、202开关是由于保护单元或继电器等其他故障引起了跳闸，并报大电流脱扣的报文。
针对可能导致201、202开关在同一时刻故障跳闸的情况进线分析如下：
1、110V控制电源瞬时波动：201、202开关的共性在于使用的110V电源是取之同一段柜间小母线上的，所以我们初步判断201、202开关同时跳闸的原因是110V电压突然降低，导致201、202开关合闸线圈失电，或是保护单元失电、或是继电器失电导致201、201故障跳闸，并报大电流脱扣。通过实验证明110V电压瞬时拉低时，直流开关会先逐个跳开馈线开关，最后再跳开进线开关，且没有大电流脱扣的报文，所以排除该故障原因。
2、二次接线、端子检查：在合上201、202开关前提下，检查负极柜、201、202开关柜二次端子上是否有闪络，二次接线是否牢靠，电缆层、柜间二次线是否存在破皮，检查结果正常。
通过常规的故障分析及重现手段未能找到该故障原因。当时第一段未能找出故障原因，进线201、202开关又重现投入实用。但是随后10月初，201、202开关有再一次同一时刻故障跳闸，故障报文还是大电流脱扣。当时我们检查开关状态，与上次检查结果一样。随后又检查所内其它设备，发现刚好在九月份新加装在直流牵引系统内的能量吸收挂网装置在跳闸时刻又重启情况。
电磁干扰导致开关元件误动作
通过两次故障报文判断进线201、202开关跳闸时刻，挂网的能量吸收设备发生了故障重启，所以初步判断是能量吸收设备投入使用时产生的电磁干扰导致了直流开关柜的误动作。
对进线201、202开关柜内部元件误动作后，会报大电流脱扣报文的情况进线分析，初步判断在2个进线柜有别于馈线柜的断路器间接脱扣触发装置，在保护单元未发触发信号情况下，误动作，会报大电流脱扣报文。
断路器间接脱扣触发装置的原理：间接脱扣功能主要通过大容量电容的充放电来实现。平时大容量电容充电,从而积累了大量的能量。当接收到保护单元的触发信号（上升沿触发信号）时，在极短的时间内向低阻抗线圈(电磁铁)放电时,回路中流经的大电流相应产生了巨大的磁场和一个持续的作用力,促使直流断路器拨叉脱扣,进而使直流断路器跳闸。
针对以上分析，作了以下工作：去除进线柜201开关内断路器间接脱扣触发装置，并202开关有别于馈线柜的断路器间接脱扣触发装置上加装示波器，捕捉该装置是否收到干扰。（见图1）
图1断路器间接脱扣触发装置电气示意图
试验时，对能量吸收装置进行多次的投入、退出。每次投入能量吸收装置时，在断路器间接脱扣触发装置上均能捕捉到干扰信号。（见图2）
图2间接脱扣触发装置接收到电磁干扰波形（其中黄色线部分是捕捉断路器间接脱扣触发装置的触发端，绿色线是输出端）
对能量吸收装置进行多次的投入，在第8次启动瞬间，直流室人员202开关跳闸，并报大电流脱扣报文（双方通过对讲机联系），可以判断202开关是在装置交流侧软启动（即合交流变压器）时跳闸的。
示波器录到202开关柜内断路器间接脱扣触发装置波形：
其中黄色线部分是捕捉断路器间接脱扣触发装置的触发端，绿色线是输出端。(本次示波器捕捉是以触发端作为触发的，触发电压为4V)（见图3）
图3间接脱扣触发装置因电磁干扰导致触发输出波形（其中黄色线部分是捕捉断路器间接脱扣触发装置的触发端，绿色线是输出端）
由图3可以看到电容脱扣器的触发端及输出端都受到了一样的干扰，断路器间接脱扣触发装置的触发端和输出端应该是两个隔离开的部分，而此时两个部分都存在干扰，可以初步判断是电容脱扣器本身受到了干扰，而不是PLC等元件受干扰引起触发端误动作。
由此我们联想到，变压器送电瞬间对断路器间接脱扣触发装置造成了干扰，而能量吸收装置启动的第一步也就是给交流变压器（1180/900）送电，所以我们判断9月6号、10月4号201、202开关跳闸是由于能量吸收设备故障停机，故障恢复后，自动启动给变压器送电时，干扰到201、202开关的断路器间接脱扣触发装置，导致201、202开关跳闸。
对间接脱扣触发装置的触发进一步验证
使用书对断路器间接脱扣触发装置的触发模式仅是上升沿触发，没有其它电压及脉冲的描述。我们通过在触发端加一个脉冲触发电压，启动输出，同时用示波器捕捉触发端及输出端状态，来验证间接脱扣触发装置触发条件。
测试结果如表1。
表1
由表1测试结果可见间接脱扣触发装置的上升沿触发模式，仅需在峰值1.1V，脉冲宽度10ms的脉冲电压下就可触发输出，而在脉冲峰值3V后，仅需一个瞬时电压就可能造成间接脱扣触发装置触发输出。由上面示波器捕抓触发端波形图中可看所以最高干扰触发电压大于10V。所以可以判断该间接脱扣触发装置确实受到电磁干扰，并导致误触发输出。
同时对间接脱扣触发装置的单体抗干扰测试中，也发现在变压器送电时，间接脱扣触发装置的触发端及输出端均测量到了干扰信号，由此可见该装置本身存在的抗干扰特性差的缺点。
由电磁干扰的三要素进行分析
电磁干扰必须同时具备三个因素：电磁干扰源、耦合路径、接收器。
本文中的干扰源是交流变压器，属于高压电力设备的干扰。高压输电线路及变压器的磁泄漏都是很强的干扰扰源，其频谱主要分布在中、短波频段，30兆赫以下。特别是变压器送电瞬间的浪涌电流所产生的瞬变电磁场干扰更大，瞬变电磁场具有持续时间短、幅值大及含有大量高频分量的特征;。考虑到直流系统内部本身就有整流变压器，也未对设备造成影响，所以判断本次新挂网设备的变压器送电时产生的电磁干扰偏大，也是导致该故障发生的原因之一。
电磁干扰可能以电流的形式沿载流导体(如电源线和电缆)传播，或以电磁波的形式通过空间传播。因此，根据电磁干扰的耦合通路的不同，电磁干扰可以分为传导电磁干扰和辐射电磁干扰两种。通过载流导体传播的电磁干扰称为传导电磁干扰，通过空间传播的电磁干扰称为辐射电磁干扰。因为该套能量吸收装置与直流开关柜同在一套直流系统内，所以不能排除电磁干扰是通过电流方式沿系统内的电缆、电线进线传播的。但考虑到直流系统内部本身就有整流变压器，也未对设备造成影响，且间接脱扣触发装置本身抵抗辐射电磁干扰干扰能力弱，所以判断该故障的电磁干扰类型为辐射电磁干扰。
作为本次电磁干扰的接收器的间接脱扣触发装置本身抗电磁干扰干扰能力弱，且外壳是塑料的，没有起到屏蔽电磁干扰的作用。
抑制电磁干扰的方法一般如下：设法降低电磁波辐射源或传导源；切断耦合路径；增加接收器的抗干扰能力。对于本次故障因新增挂网设备，所以可以停用该设备，已移除干扰源，达到避免该类再次发生的情况。而对于间接脱扣触发装置的易受电磁干扰，现广州地铁其它类型断路器间接脱扣触发装置可以做到不会因电磁干扰而导致误动作，其特点是：1、触发电压为110V，可能没有上升沿触发的反应快，但是可以避免在受到电磁干扰时，导致开关的误动作；2、全金属外壳，外壳可靠接地，可以起到很好的屏蔽作用。
结语
综上所述，变电所内日益增多的设备所带来的电磁干扰是必然的，所以在故障分析判断中，要将电磁干扰放在必须考虑、必须研究的位置上，以便减少在故障判断的弯路。在判断开关是因电磁干扰引起的误动作故障时，可从电磁干扰必须同时具备三个因素进行入手，分析其中薄弱环节，并通过设法降低电磁波辐射源或传导源；切断耦合路径；增加接收器的抗干扰能力等几个方面抑制电磁干扰。
参考文献：
[1]蔡远鑫.地铁直流开关柜设置间接脱扣装置的分析.《铁道勘测与设计》，2011.
[2]李清泉.变电站开关操作引起的瞬变电磁场及其防护.《高电压技术》，2001.
[3]田齐.变电站抗电磁干扰的原理与措施.《城市建设》，2011.