电与磁范文

导语：如何才能写好一篇电与磁，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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电磁污染危害人体的机理

电磁污染危害人体的机理主要是热效应、非热效应和累积效应等。

热效应：人体70%以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，引起机体升温，从而影响到体内器官的正常工作。

非热效应：人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁场的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场即将遭到破坏，人体也会遭受损伤。

累积效应：热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及自我修复之前（通常所说的人体承受力――内抗力），再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久之会成为永久性病态，危及生命。对于长期接触电磁波辐射的群体，即使功率很小，频率很低，也可能会诱发意想不到的病变。

电磁污染的危害

1998年世界卫生组织最新调查显示，电磁辐射对人体有五大影响：

电磁辐射是心血管疾病、糖尿病、癌突变的主要诱因；

电磁辐射对人体生殖系统，神经系统和免疫系统造成直接伤害；

电磁辐射是造成孕妇流产、不育、畸胎等病变的诱发因素；

过量的电磁辐射直接影响儿童组织发育、骨骼发育，导致视力下降、肝脏造血功能下降，严重者可导致视网膜脱落。

电磁辐射可使男性下降，女性内分泌紊乱、月经失调。

营养保健防治

在家庭之中，要预防电磁污染，除了正确和适度应用各种电器和电子类设备之外，还要从营养保健饮食方面着手进行防治。

蔬菜类

油菜、青菜、芥菜、雪里蕻、卷心菜、萝卜等十字花科蔬菜具有抗污染损伤的功能。我国科学家从这些十字花科植物中成功提取出一种天然污染保护剂SP88，并通过从分子水平到整体动物、植物的一系列实验，对SP88的作用机理及生物功能进行了证实。胡萝卜、豆芽、西红柿等富含维生素A、维生素C和蛋白质，经常吃这些蔬菜均有利于抗电磁污染。值得注意的是，武汉大学公共卫生学院罗琼博士等一项最新研究发现，海带的提取物海带多糖因抑制免疫细胞凋亡，恢复免疫抑制小鼠的细胞免疫、体液免疫以及非特异性免疫功能而具有抗污染作用。众多的实验研究表明，真菌类食物诸如金针菇、香菇、猴头菇、黑木耳也可通过增强机体免疫力起到抗电磁污染作用。综上所述，为了有效预防现代家庭室内的电磁污染，在保证摄入充足的蔬菜时，应保证十字花科蔬菜、胡萝卜、豆芽、西红柿、海带以及真菌类蔬菜的摄入，以增强机体抗辐射能力。

水果类

绝大多数水果都有抗污染功能，常食有益而无害。水果为什么能抗污染呢？因为水果中不仅含有丰富的维生素、粗纤维和微量元素，更为重要的是水果中含很多活性成分，正是这些活性成分在抗电磁污染过程中发挥着重要作用，例如， 橘类水果中的萜烯类和浆果中的鞣化酸能激活细胞中的蛋白分子，把电磁污染后变异的癌细胞裹起来，并利用细胞膜的逆吞噬功能，将致癌物排出体外，阻止了致癌物对细胞核的损伤，保证了基因的完好。

饮料

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关键词:信息安全；电磁辐射；TEMPEST

Electromagnetic radiation of information device and elimination

LIANG Xiao-yan，WANG Jun-li，YANG Jian，WANG Ru-long

(Beijing Trace and Communication Technique Research Institute，Beijing 100094，China)

Abstract：With the rapid development of computer information safety technique，more and more attention had been paid to the electromagnetic radiation of computer.Based on the analysis on the track of electromagnetic radiation of computer information system，typical protection method is brief lyintroduced.

Key words：Information safety；electromagnetic radiation；TEMPEST

当计算机网络的日益普及给我们工作带来极大便利的同时，不可避免地带来一些负面影响，其中最突出的是计算机网络的信息安全问题。信息泄密的途径很多，其中电磁辐射是计算机及其网络系统泄密的重要途径之一，对它的研究正越来越受到人们的重视。

1　TEMPEST技术

计算机及其外部设备在工作时通过电磁波将有用信息泄漏出去的过程称为计算机电磁泄漏。和其它电子设备一样，计算机及其外部设备(包括主机、显示终端、硬盘驱动器、软盘驱动器、磁盘机、磁带机、打印机等)，在工作时都会产生不同程度的电磁泄漏，如主机中各种数字电路电流的电磁泄漏、键盘按键开关引起的电磁泄漏、显示器视频信号的电磁泄漏、打印机的低频电磁泄漏等等。这些辐射出去的电磁波，任何人都可以借助仪器设备在一定范围内收到它，尤其是利用高灵敏度的仪器可以准确、清晰地获取计算机正在处理的信息。信息辐射防护技术，就是针对计算机的信号辐射特性，运用一定的技术手段不让窃收方接受到计算机辐射的信号和复原出有关的真实信息。对电磁泄漏信号中所携带的敏感信息进行分析、测试、接收、还原以及防护的一系列技术构成了信息安全保密的一个专门研究领域，这种技术在国外称为TEMPEST技术，即“瞬时电磁脉冲发射监测技术”(Transient Electromagnetic Pulse Emanation Surveillance Tech－nology)。按照麦克斯韦电磁场理论：任何交变电磁场都会向四周空间辐射电磁信号，任何载有交变电磁信号的导体都可作为发射天线。计算机是采用高速脉冲数字电路工作的，因此，只要处于工作状态就会向机器外辐射含有信息的电磁波。

TEMPEST技术的研究上世纪50年代始于美国。随后，俄罗斯、英国、法国和德国等国家都开始积极研究和发展TEMPEST技术。1985年荷兰人W.van Eck在“Computer＆Security”上发表文章，首次详细披露了通过简单改装电视机实现侦收并还原计算机显示器屏幕信息的可行性技术细节，并声称最远距离可达1000m，引起很大轰动。根据上世纪90年代以后的资料，英国人也称可以在1600m外对计算机视频信息进行还原[1]。随着信息技术的快速发展和恐怖的逐步升级，各国对TEMPEST技术的研究更加广泛和深入。而美国TEMPEST市场规模更是有增无减。几十年来，美国多次修订和补充TEMPEST技术标准和规定，TEMPEST的内涵也在逐渐扩大，已经从原来的通信安全领域扩展到信息安全的范围。

我国从80年代中期开始关注TEMPEST问题。90年代初，在国家相关单位牵头和组织下，经过多年的理论研究、实验测试以及产品开发，已经在信息设备的电磁泄漏发射机理、安全评估、技术产品测评、实验室和现场测试、红黑信号识别等方面取得一定成果。在TEMPEST防护技术方面，已经具有屏蔽室、低泄漏发射产品、电磁干扰产品3大类不同等级的防护产品。但是我国的接收机设计水平和数字信号后处理能力还不高。

2　TEMPEST技术中电磁泄漏的途径

计算机及其外部设备内的信息，通常通过两种途径泄漏出去：以电磁波的形式辐射出去的称为辐射泄漏，这主要是指计算机内部产生的电磁辐射。这种辐射是由计算机内部的各种传输线(包括印制板上的走线)、信号处理电路、逻辑电路、显示器、开关元件和电机及其驱动控制电路产生的；另一种是通过各种线路和金属管道传导出去的称为传导泄漏。计算机系统的电源线、机房内的电话线、上下水管道和暖气管道以及地线等，都可能成为传导媒界，产生传导泄漏。传导泄漏往往伴随着辐射泄漏。

3　TEMPEST技术中电磁泄漏的防护

对于电磁泄漏，目前可以采用的措施主要有：使用低辐射设备、利用噪声干扰源、电磁屏蔽、滤波技术和光纤传输[2]。

(1)使用低辐射设备。低辐射设备即TEMPEST设备。这是防辐射泄漏的根本措施。这些设备在设计和生产时就采取了防辐射措施，把设备的电磁泄漏抑制到最低限度。显示器是计算机安全的一个薄弱环节，对显示器的内容进行窃取，已是一项成熟的技术，因此选用低辐射显示器十分重要。单色显示器的辐射比彩色显示器低得多，使用等离子显示器或液晶显示器也能进一步降低辐射。

(2)利用噪声干扰源。电磁辐射干扰技术就是采用干扰器对计算机辐射进行电磁干扰，使窃收方难以提取视屏信息。利用噪声干扰源有两种方法：一是将一台能产生噪声的干扰器放在计算机设备旁边，干扰器产生的噪声与计算机设备产生的信息辐射一起向外辐射，使计算机设备产生的辐射不易被接受复现。干扰器产生的电磁辐射不应超过EMI(电磁干扰)标准；二是将处理重要信息的计算机放在中间，四周放一些处理一般信息的设备，让这些设备产生的电磁泄漏一起向外辐射。

(3)电磁屏蔽。屏蔽技术是将计算机设备置于屏蔽室中，达到防止电磁辐射的目的。该技术是所有防辐射技术手段中最为可靠的一种。屏蔽技术的另一种方法是使用防信息泄漏玻璃。防信息泄漏玻璃装在电子设备显示窗上，可以解决显示窗信息泄漏问题。有统计测试表明，如果电磁波辐射量是100％，那么防信息泄漏玻璃可以将89％的信息通过地线导入地下，再将10％的信息反射掉，剩下的漏网信号不足1％，这就无法还原成清晰完整的信息，从而达到保密的目的。

(4)滤波技术。滤波技术是对屏蔽技术的一种补充。被屏蔽的设备和元器件并不能完全密封在屏蔽体内，仍有电源线、信号线和公共地线需要与外界连接。因此，电磁波还是可以通过传导或辐射从外部传到屏蔽体内，或从屏蔽体内传到外部。采用滤波技术，只允许某些频率的信号通过，而阻止其它频率范围的信号，从而起到滤波作用，有效地抑制传导干扰和传导泄漏。

(5)光纤传输。光纤传输是一种新型的通信方式。光纤为非导体，可直接穿过屏蔽体，不附加滤波器也不会引起信息泄漏。光纤内传输的是光信号，不仅能量损耗小，而且不存在电磁信息泄漏的问题。若干年内还不可能从光纤外部窃取并还原信号。同其它传输方式相比，光纤具有容量大、安全、可靠、传输信息量大及抗干扰能力强等优点。

4　结语

在信息时代的今天，任何国家的政治、军事、外交斗争都离不开信息，信息安全保密已成为国家安全战略的一个重要组成部分。信息安全保密是一项系统工程，电磁辐射泄漏也一样，任何单一的防护措施都不是万无一失的。要根据不同系统的特点采用与之相适应的最佳防护措施进行综合防护。

参考文献

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【关键词】电子设备板;电磁兼容;设计与实践

1.电子设备板及电磁兼容设计的总体布局

1.1 平面布局

在印制电路板平面布局上，首先需要考虑PCB尺寸的大小问题，不宜过长也不宜长短。一般PCB尺寸长宽比例保持3：2左右即可。当出现电路板尺寸大于210mmX160mm时，必须要考虑到电路板在工作中的机械强度。其次需要区置噪声源、模拟电路以及数字电路，划分高、低频率，注重器件的强弱信号问题。此外，在各功能不同的电路核心元件上，需要保持方向的同一性，排列紧密整体[1]。相互之间容易产生干扰的元器件不能放在相邻的位置，避免信号的耦合。最后需要拉大具有高电位元器件之间的距离，消除因为放点而引发短路、失火等等不良后果。对于高压的元器件需要放置在不容易触及的地方，同时用绝缘物质加以隔绝。

1.2 元器件布局

元器件布局需要按照一定的标准进行分类，不同类型的元器件需要分开管理，保障每个元器件之间不会发生相互的物理干扰。对于重量大于20kg的元器件，需要用适当的支架固定住，然后焊接上牢靠。如果有大型重量以及发热量高的特殊元器件，不能够直接装在印制板上，而是需要装在整个机体的底板之上，同时对于散热采取适当的措施，远离其他一般元器件[2]。而对于可调元器件例如可变电容器、微型开关、电位器以及可调节的电感线圈等等，在布局时需要考虑到整个机体的结构。对于机内调节，应该放置于印制板上方，方便日常操作。对于机外调节，放置的位置需要考虑调节钮与机箱面板相一致。

1.3 电磁兼容设计中的布线

1.3.1 布线通用规则

PCB布线的总体原则主要是先布时钟以及敏感的信号线，然后是高速的信号线，最后才是一般和不重要的信号线。对于以减少辐射干预为目的，则需要最大程度上选取多层板，而内层作为地线层和电源层，从而减低电路中电阻的大小，消减公共阻抗的噪声。信号线形成的一种均匀接地面、扩大接地面的电容，可以有效的抑制住空间辐射的能力[3]。在高频率的情况之下，电源线、印制板走线以及地线都会成为发射干扰和接受之间的小天线，为了降低这种干扰通常的做法是减少电源线、印制板走线以及地线自身的高频阻抗，外加滤波电容。这就要求各种各样的印制板走线必须要短、粗以及均匀。另外，电源线、印制板走线以及地线需要在印制板上排列得当，通过控制线的短粗来降低信息号和回线之间所形成的一个特有环路面积。

1.3.2 注意事项

PCB布线所要注意的事项首先要保障输出的电流保持同一个方向，通过这种平行的布局来消除电磁场的干扰。同时还要保持整个线路的连续性，导线匀称。对于拐角处的导线夹角应该保持在90度以上，杜绝环形走线情况。另外，时钟信号的走线方式需要尽可能的靠近地线回路。最后，对于大型的发热元器件以及大电流的阴线，需要避免使用铜箔，否则当出现受热时间长时，铜箔特别容易发生膨胀以及脱离，影响电路板的正常运行[4]。如果出现了必须使用大面积的铜箔，不妨采用栅格形状，这样有利于受热气体的快速排放。

2.电子设备板及电磁兼容设计中的电源设计

2.1 电源去耦滤波设计

在实际操作过程中发现，最有效的电源电源去耦滤波方法是在交流电源的进线处安装滤波器，这样可以很好的避免导线之间的相互耦合或者是其他的原因形成环路。对于滤波器的输出以及输入线需要分别从PCB的两端引出，同时两端的引线需要尽可能的短。这样做可以减少噪声以及跨板之间的浪涌电流[5]。此外，在保障电路补偿目的的前提之下，可以适当的选取一些去耦电容值小、贴片电容引线的电感强度小的电件，不但可以减少电源的噪声，而且还可以提升性能。

2.2 电源保护设计

在电源保护设计上，包括了过压力保护、缓启动保护、欠压报警以及过流保护等设计。印制电路板的电源可以用于适当软度的保险丝来实现过流上的保护。但是在实际操作过程中发现，保险丝在发生工作的工程中，因为熔断时会影响到其他的元器件正常工作，为此还需要设计相应的输入电压来保护电容。最后，为了杜绝意外事故导致过压损害元器件的情况发生，需要加入一些电管、压敏的电阻等等保护元件器，通过在配电线路和地电位之间形成一个等电位，最终达到过压保护的目的。

3.电子设备板及电磁兼容设计中的接地设计

电子设备板及电磁兼容设计中的接地设计需要考虑以下三个方面。首先对于接地线需要尽可能的粗，至少应该保障通过三倍与PCB板的特定电流，从而以此来提升抗噪声的性能。万一在操作过程中使用了大面积的铜箔来铺设地线，那么需要尽量避免“死铜”的现象发生[6]。将同种功能电路铜用较粗的导线连接在一起，就可以很好的减少噪声。第二，数字地线和模拟地线必须要分开。对于低频率的电路应该采取单点和并联的方式接地。当在实际布线有困难出现时，可以部分串联后在并联，最后接地。而对于高频电路则需要采取多的串联接地，地线的选择需要短粗型。高频元器件四周需要使用铜箔，并且程栅格形状。最后，接地线需要构成一个闭环电路[7]。因为数字电路组成的印制板，通过接地线路构成的大型圆环路，可以消弱噪声强度。

4.结束语

电子设备板及电磁兼容设计是一个理论和实践相结合的工作，需要大量的理论支撑以及反复的实际操作实践。研究发现，印制电路板的性能好坏直接关系到电子设备质量[8]。为此，在电子设备板以及电磁兼容设计与实践的过程中，不仅需要慎重选择元器件以及电路的设计，而且还要充分考虑到电磁兼容的问题。本文首先从平面布局、元器件布局以及电磁兼容设计中的布线等方面论述了总体布局，而后对电子设备板及电磁兼容设计中的电源设计、接地设计进行了深入的阐述。通过这种实践经验总结的方式，可以为今后电磁兼容设计上提供一个良好的基础。

参考文献

[1]朱洪涛，万志强.印制电路板的电磁兼容设计[J].电子质量，2010，21（1）：12-13.

[2]张文成.印制电路板设计的电磁兼容性分析[J].电子工艺技术，2009，30（4）：34-35.

[3]傅晓程.印制电路板的电磁兼容问题研究[J].实验技术与管理，2010，23（2）：152-153.

[4]吴春红.印制电路板和电磁兼容[J].科教文汇，2010，12 （16）：41-43.

[5]张琳.印制电路板设计中的布局与布线[J].赤峰学院学报，2009，25（11）：14-15.

[6]徐红勇，王丽芳.印制电路板的电磁兼容问题[J].电子工艺技术，2011，22（4）：11-12.

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关键词：通信电源;电磁兼容性;分析测试;改进设计

中图分类号：TN98

文献标识码：A

文章编号：1672-3198（2011）06-0280-01

1 通信开关电源的电磁兼容性问题与测试分析

1.1 电磁兼容性问题分析

通信开关电源因工作在高电压大电流的开关状态下,其引起电磁兼容性问题的原因是相当复杂的。电磁兼容产生的三个要素分别为：干扰源、传播途径及受干扰体。用于整流及续流的开关二极管,是产生高频干扰的一个重要原因。不正确地使用滤波电容及引线过长,也是产生电磁干扰的一个原因。

通信开关电源由于功率密度高、智能化程度高,带MCU微处理器,因而,其中有从高至近千伏到低至几伏的电压信号,从高频的数字信号至低频的模拟信号,电源内部的场分布相当复杂。PCB布线不合理、结构设计不合理、电源线输入滤波不合理、输入输出电源线布线不合理及CPU、检测电路的设计不合理,均会导致系统工作的不稳定或降低对静电放电、电快速瞬变脉冲群、雷击、浪涌及传导干扰、辐射干扰及辐射电磁场等的抗扰性能力。

1.2 电源电磁兼容性标准和测试

我国通信电源执行的电磁兼容标准基本参照了IEC61000系列、EN55022、EN50091-2：1996等国际和欧洲标准。我国对通信电源电磁兼容执行的标准有：GB9254-1998“信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法”、YD/T983-1998“通信电源设备电磁兼容性限值及测量方法”、GB/T14745-93“信息技术设备不间断电源通用技术条件”。电磁兼容性的研究,一般运用CISPR16及IEC61000中规定的电磁场检测仪器及各种干扰信号模拟器、辅助设备,在标准测试场地或实验室内部,通过详尽的测试分析、结合对电路性能的理解改进来进行分析研究。传导和辐射骚扰电压限值,抗扰度等级和判定准则尚未明确规定。

近年来进口的国外大、中型UPS不间断电源在国外电磁兼容检测机构测试时执行的是EN50091-2:1995欧洲标准,在我国新的国标未制定之前,参照国际或欧洲标准进行检测是可行的,对大型(额定输出电流大于400A)UPS辐射骚扰场强技术要求和限值,欧洲EN标准正在做进一步的研讨修定,如提出采用30m距离法给定测量结果等,传导骚扰的限值也正在考虑中。

测试中,UPS的工作状态应满足下列条件：额定输入电压;普通操作模式;额定输出功率的线性负载。

①静电放电抗扰度测试：依据标准：IEC 801-2:1991,最低要求：3级,判定准则：B类;

②射频电磁场抗扰度测试：依据标准：IEC 801-3:1984,最低要求：2级,判定准则：A类;

③电快速瞬变脉冲群抗扰度测试：依据标准：IEC 801-4:1988,最低要求：2级,判定准则：A类,这项测试应该在所有电源线和长度超过3m的电池连接线上进行;对于I/O信号和控制信号电缆的测试电平要被2除。测试应使用耦合钳,最小持续时间为1分钟。

④浪涌(冲击)抗扰度测试：依据标准为IEC 801-5;

⑤低频信号抗扰度测试：工作中的UPS应耐受电源线上的低频信号传导骚扰,依据的标准是IEC1000-2-2,其详细描述在标准的附录D中。

2 通信开关电源的电磁兼容性改进设计

除雷击浪涌、ESD及EFT指标外,其它抗扰度指标均比较容易达到要求。电磁干扰指标如传导干扰及辐射干扰指标,由于很难满足标准的要求,是目前电磁兼容性研究的热点,通信开关电源的前级运用最先进的有源功率因数校正技术加无损吸收电路,后级DC-DC采用零电压零电流(ZVZCS)相移谐振软开关技术或双管正激无损吸收软开关技术,通过专业的电源输入输出滤波器设计及防雷设计,以及对整机的安全性、数字接口电路的抗静电设计及抗快速瞬变脉冲群设计,对整机结构恰到好处的电磁屏蔽设计,不仅使整机内部的电磁环境良好,工作稳定,可靠性提高,也使通信开关电源对外的电流谐波、电起伏和闪烁、传导干扰及辐射干扰达到或超过CISPR22标准规定的A级要求。输入交流电源线能够承受至少±6KV(1.2/50us与8/20us的综合波)浪涌电压干扰,直流电源线能够承受至少±2KV的浪涌电压;整机外部能够承受至少±8KV的静电放电(ESD)干扰、至少±4KV的电快速瞬变脉冲群(EFT),以及3V/m的高频电磁场干扰,300A/m的工频磁场干扰。宽广的交流输入电压范围,使整机的电压跌落、电压瞬变及电压短时中断等干扰过后,开关电源能够正常工作。

3 总结

要彻底消除设备的电磁干扰及对外部一切电磁干扰信号不敏感是不可能的。只能通过系统地制订设备与设备之间的相互允许产生的电磁干扰大小及抵抗电磁干扰的能力的标准,才能使电气设备及系统间达到电磁兼容性的要求。实现通信开关电源的电磁兼容,要限制由负载线、电源线产生的传导干扰及由空间传播产生的辐射电磁场干扰量,使之能与处于同一环境中的其它电信设备均能够正常工作,互不产生干扰。

参考文献

［1］叶小舟.通信设备的电磁兼容性设计［J］.电子质量，2005,（2）.

［2］周宏,黄盛霖，王晓伟.开关电源的电磁兼容分析及改进［J］.舰船电子对抗，2005,(2).

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【关键词】电磁兼容性;设计应用;电子技术

引言

现代网络信息技术的发展，使服务器被广泛地应用于银行、通信、电力以及国防等领域。电磁兼容学科设计的相关理论非常广，包括数学、电磁场理论、信号分析以及材料科学等。作为一门高精尖的综合性学科，电磁兼容学科与工农业生产以及质量控制等息息相关。探讨与电磁兼容设计相关的应用技术，对保障电子设备的安全运行具有重要作用。

1.电磁兼容性的基本理论

电磁兼容作为一门新兴学科，是电子电器设备广泛应用的产物。电磁兼容性（EMC）主要是指电子设备或电子系统在电磁环境中符合要求运行，并不会对该环境中的其它任何设备产生一定的干扰。通常，电磁兼容性主要包括两个方面的要求。一方面是指电子设备在正常的运行过程中，对电磁环境所产生的干扰不会超过极限值;另一方面是指一些器具对其自身所存在的环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗干扰性。从电磁兼容性的角度出发，设计人员在对电子产品进行设计时，不仅需要考虑其是否满足产品的功能要求，而且还要考虑该产品是否具有相关法律法规所规定的抗干扰能力。

所有的电磁干扰的形成基本上都是由三个基本要素组合而成，分别是电磁干扰源、对该干扰能量较为敏感的设备接受体以及将电磁干扰源传输到接收体的媒介[1]（如图1所示）。

图1 电磁干扰三元素

其中，电磁干扰源大多数是指一些产生干扰的元件、器件以及自然界的某些现象等。对干扰能量较为敏感的设备接受体即指一些容易对电磁干扰产生响应的相关设备。媒介通道则多指能够将所接收的能量从干扰源耦合到与之相关的敏感设备上，同时也会对这些敏感设备产生一定响应的通道，通常指一些线缆和空间电磁波传输煤质[2]。以上三要素是电磁干扰中必不可少的部分，对促进电子设备的安全运行具有重要作用。设计人员在对电磁兼容性进行设计时，需要充分地考虑这三个元素，并需要通过综合地应用屏蔽、滤波以及匹配等措施来消除或减少三个要素或某个要素对电磁兼容性的干扰。

2.电磁兼容设计相关应用技术分析

伴随着各种电子系统和电子设备的不断涌现，使数字电路工作的速度不断地提高，进而导致电磁环境变得日益复杂。因此，大多数用户对电磁兼容性提出了相关的技术要求，以保障相关的系统能够正常地运行。笔者在此主要探讨的是与电磁兼容设计技术相关的滤波技术。当人们在对电磁兼容性进行测试时，时常会发现测试与相关标准产生差异，此时只需要将其中的一根或者几根电缆拔掉，就能够在一定程度上改善测试的结果。尤其是在金属屏蔽机箱中，如果检验人员穿过屏蔽体的导线，则极易出现向外发射导致辐射发生测试的结果与实际情况不相符合，因此需要在电缆的断口处安装一个滤波器。设计人员在对电磁兼容性进行设计时，需要经常使用到滤波器作为器件，帮助对信号进行筛选和过滤，只留下有用的信号，且对系统无用的信号会产生一定的衰减作用，以减少对系统运行的不利影响。

依照干扰电流的流动路径，我们可以发现干扰电流一般可以分为共模电流和差模电流。前者主要是指干扰电流在电缆的运行过程中，所有的信号数据与信号线上的相位基本保持一致，在电缆和大地之间会形成一种回路流动状态。后者主要是指干扰电流在电缆中的信号线与信号线之间或者电源线中的火线与零线之间的流动[3]。其中，共模和差模的辐射原理，可以参照下面的公式得出：

公式1：（差模辐射计算公式）

（公式说明：E表示的是差模辐射，F表示的是差模回路的面积，I表示的是差模电流的强度大小，G表示的是差模电流的频率大小，R表示的是测试点与差模环路之间的距离大小。）

公式2：（共模辐射计算公式）

（公式说明：E表示的是共模辐射，L表示的是共模电流所流经的电缆长度，G表示的是共模电流频率大小，R表示的是测试点与共模路径之间的距离大小。）

从以上的公式中，我们不难发现，共模电流不会对电路的正常工作产生影响，相反，差模电流则会在一定程度上影响电路的正常工作。当运行的电缆上存在共模电流，电缆会自动地产生很强的电磁发射，其中会对相应的电子产品产生一定的干扰，或者对电子产品周围的设备产生不同程度的干扰。

同时，滤波器在设计的过程中还需要考虑的一个技术参数为插入损耗。该技术参数主要体现的是在电路中所发挥的衰减作用。当插入损耗越大，滤波器的效果就越明显。因此，设计人员在保证滤波器的安全前提下，应该尽可能地实现高插入损耗。在系统的实际应用过程中，系统未接入滤波器时，接收机所测得的信号源的输出电压会降低。设计人员在进行产品设计过程中，需要充分地关注滤波器的插入损耗问题。

3.结语

综上所述，新技术、新工艺以及新设备的不断出现，对电磁兼容性的相关设计技术也提出了一定要求。因此，在实际的设计过程中，设计人员需要充分地考虑电子系统或电子设备电磁兼容性问题，并通过相关技术改善系统的性能，为系统设备的安全运行提供良好保障。

参考文献

[1]潘其良.网络适配器静电放电问题分析[J].工业控制计算机.2011（03）.

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关键词：计算机；电磁辐射；防范研究

中图分类号：TP309 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 07-0000-01

Analysis and Prevention of Computer Electromagnetic Radiation

Huang Jian

(Xihua University,Chengdu610039,China)

Abstract:Current computer has been applied to all areas of our society,it plays an invaluable role in our work,study and life,when it provides us with efficiency and convenience,but also brings the dangers of electromagnetic radiation.Firstly,this paper discusses the dangers of electromagnetic radiation of the computer;then proposing a set of practical preventive measures to solve the computer's electromagnetic radiation.

Keywords:Computer;Electromagnetic radiation;Study of prevention

一、引言

地震造成的日本福岛核电站泄露产生的核辐射已经让我们感受到了辐射的危害性，但在我们身边还存在一种更为常见却容易被我们忽视的辐射――计算机电磁辐射。现代社会计算机技术日益发达，计算机在人们生活中扮演着越来越重要的角色，据统计，当前全球个人计算机拥有量逾10亿台，人们的工作、生活、学习越来越离不开计算机，但它在给使用者带来便利的同时，也产生了一定的负面影响，其中电磁辐射就是其中之一。一般认为电磁辐射是指电磁波通过空间或媒质传递能量的一种物理现象，据悉任何带电体周围都存在磁场，磁场产生电磁波，过量的电磁辐射会造成电磁污染，危害被辐射物体。计算机作为人们的近身电磁辐射源头，其微处理器、光驱、硬盘、显示器、显卡、键盘、鼠标等硬件都会在正常工作时产生电磁辐射，造成环境污染，危害人体，泄露机密信息，因此我们在冷静观察，深入研究的基础上，必须找出一套抑制计算机电磁辐射的有效对策。

二、计算机电磁辐射的危害

当前计算机电磁辐射已成为家庭、办公室、会议室等地点首要污染源。文章认为计算机电磁辐射主要体现在直接危害人体、影响周围其他设备正常运转及泄露机密信息等方面。

（一）直接危害人体健康。计算机已经深入我们生活的各个角落，我们几乎每天都在接触计算机，尤其是公司、企业员工、学生、教师等常用计算机的主体。由于人体会产生对电磁波十分敏感的生物电，所以电磁辐射对人体会造成直接危害，它主要通过热效应与非热效应危害人体。其中，热效应会引起人体中枢神经和植物精神系统的功能障碍，主要表现为头晕耳鸣、失眠多梦、健忘等症状。非热效应会导致困乏嗜睡、食欲不振、记忆力下降、焦躁不安等情况。

（二）影响设备正常运转。家庭、办公室、会议场所等除了使用计算机，还会使用诸如空调、冰箱、电视、投影仪、音响、固定电话、手机等其他电器或电子产品，而这些产品与计算机一样在运行中会产生自身的电磁波空间，如果彼此距离较近，空间区域发生重叠，会造成相互干扰，由于计算机的电磁波较强，尤其是显示屏的电磁辐射较强，会给其他电器造成较强干扰，影响其他电器或电子设备的正常运转，同时还会影响其寿命，因此，当多种电器设备或电子产品同时使用时，一定要注意彼此之间的距离，尽量减少电磁辐射的互相干扰。

（三）容易导致信息泄露。伴随科学信息技术的快速发展与人们工作、学习、生活的节奏加快，计算机已运用于社会各个领域，信息化、虚拟化、网络化成为计算机时代的显著特征。由于计算机的强大功能，因此使用者会使用其处理并存储十分重要的信息数据，尤其对于军事、公安、金融、成功人士等使用计算机的主体，一旦信息泄露，将会造成不可估量的损失，尤其近几年连发个人信息、银行储户信息失窃的案件，导致使用者对计算机的保密能力提出怀疑，因为信息数据泄密的途径之一就是电磁辐射，计算机作为信息处理设备，其使用高频信号传导，信号频率可达几千兆，这种电磁辐射信号在释放过程中会携带大量计算机内部信息，容易被人截获并破解，因此给计算机信息数据的安全构成极大威胁。

三、计算机电磁辐射的防范

（一）针对辐射的源头对策。对于计算机的使用者来说，降低或消除计算机的电磁辐射的源头对策莫过于购买低电磁辐射、屏蔽良好的计算机产品了。首先，若购买台式计算机，选择质量较好，屏蔽性能良好的主机机箱十分必要。诸如镀锌铜板、铝合金材质、布局结构设置合理：USB接口、通风口、挡板、内置散热风扇等位置设计科学的机箱；其次，在主机、内存条、硬盘的选择上，尽量购买品牌产品，尤其耗电少，主机材质佳，运行过程中产生较少电磁辐射的计算机部件；再次，在选择显示器方面，尽量选择购买LCD显示器，如没有特殊需要，购买较小屏幕尺寸，能满足工作、生活、学习需要即可，不必购买很大尺寸的显示屏，同时在使用过程中，可以在显示屏上加贴防辐射薄膜，减少电磁辐射的传导。

（二）抑制辐射的距离对策。为了降低电磁辐射对人体的危害及对周围电器设备或电子设备的干扰，对其保持一定的距离是一种十分有效、简单可行的方法。抑制辐射的距离对策主要从空间距离和时间距离实施。

（三）降低辐射的其他对策。除了上述两种方法外，降低辐射危害的方法主要还有干扰法、屏蔽法与饮食法。第一、干扰法。干扰法主要适用于数量较少、布局分散的计算机，使用干扰机来模仿计算机电磁波辐射频率，从频段和幅度上干扰计算机电磁波段，使得截获信息数据频段的第三方无法进行正确解码。第二、屏蔽法。屏蔽法是防范近场感应与远场辐射，降低电磁辐射传播的有效方法，其原理是使用导电性能良好的金属网或金属板制成六个面的屏蔽室或屏蔽笼，其将产生电磁辐射的计算机设备包围起来，可以减少计算机电磁辐射的传播。对于高度机密的信息数据的处理，最好是在位于地下室的计算机上进行，地下室是屏蔽计算机电磁传播的十分有效的措施。第三、饮食法。饮食法降低电磁辐射主要通过食用一些有助于防辐射的食物来进行，如富含抗氧化活性物质的食物：油菜、菠菜、芹菜等；富含较远弹性物质的食物：如紫菜、海参、海带、动物皮肉等；此外，喝茶也可以降低电磁辐射的危害，因为茶叶富含防辐射物质因子。

参考文献：

[1]姜元林,江肇莲.计算机的电磁辐射及其抑制[J].宇航计测技术,1995,1

[2]张汉武.科学防范电磁辐射[J].中国保健营养,2010,5

[3]孙燕.电磁辐射的危害及防护[J].安全,2010,3

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关键词：交直流混合电网；电磁暂态仿真；模型构建

中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）26-0107-04

1 概述

我国的能源需求在地理分布上并不均匀，因此建设特高压以及超高压的骨干网架，是电力系统发展的大趋势。当前，随着电力建设进程的发展，高压直流输电已经逐步被引入到跨区域的输电系统之中，交直流混合电网项目也逐步在全国各地上马动工。然而应该看到的是：这种输电的模式一方面能够为国家经济与电网企业带来明显的效益，另一方面也使得电网结构日趋复杂化，并为其在技术上的发展与管理上的模式带来了新的挑战。在交直流混合电网中，直流系统与交流系统最大的区别就在于其特殊的运行特性，例如基于直流的输电模式，其控制系统的响应时间普遍短于交流系统，直流输电往往能够在毫秒级别的时间之内完成响应，因此在交流系统的交织下，可以把直流输电模式看作一个典型的大负荷。正是由于直流输电具备与众不同的运行特点，并且能够传输相对较大的功率，因此在交直流混合电网中由于交流和直流的互相作用，便可能面临各类难以解决的技术难点。包括：如果处于直流输电网络范围之内的交流部分出现故障或者障碍时，便有可能导致直流输电系统中换流器无法实现正常换相。在换相的过程里，涉及到复杂度比较高的电气量变化，会在很大程度上影响其附近的继保设备，甚至使之误动。因此，如何提高大规模交直流电网的可靠性和经济性，是一个亟待解决的问题。本文以山东电网为例，分析其在纳入直流输电模式之后，一旦电网中的直流系统发生故障，有可能为交流带来何种影响。并以含国家电网公司达标投产的重点工程，也是全国第一条±660千伏电压等级的输电工程――宁东至山东±660千伏的交直流混合电网为例，对其电磁暂态仿真模型进行构建与分析，首先进行交流系统电磁暂态仿真模型分析，包括数据的转换与录入以及电磁暂态仿真模型的搭建，然后对直流系统电磁暂态仿真模型进行分析，包括直流系统基本概况的介绍以及各类设备参数的选择，最后在此基础上阐述了电网混合系统潮流、短路电流的调节的思路。本文的成果可以给交直流混合输电网络中的故障瞬态特征分析提供比较好的理论支持与实践借鉴。

2 交流系统电磁暂态仿真模型分析

对交直流混合电网进行仿真，首先应进行数据源格式的统一化，然后搭建电磁暂态仿真模型。本研究是基于PSCAD/EMTDC环境的，因此所有的数据均应能符合该环境之下的要求。本部分关注的是电网中一旦发生直流输电系统的障碍或者故障，以其瞬态特征为研究对象，评估当直流换相不成功的时候会为交流保护带来怎样的影响，为其构建仿真模型。所以，首先应该把基于PSASP的所有数据进行转换，使之成为基于PSCAD的数据，从而便于在电力系统仿真分析软件的环境中进行电磁暂态仿真模型的搭建。此类模型的搭建目前的研究成果和实践案例并不多，因此结合山东电网的特点以及交直流混合输电的具体方案，本文通过以下的思路进行电磁暂态仿真模型的构建：第一步：进行数据格式的转换，把基于电力系统分析综合程序的数据映射为基于电力仿真软件PSCAD的数据。第二步：结合电网的具体情况，以典型的电网方案为基准，构建交流仿真模型。在进行不同环境之下格式转换的时候，需要考虑的电器参数包括网内的电源、变压设备以及无功补偿设备等。第三步：对程序进行调试，使所构建的仿真模型开始运行，同时对于电网中潮流和短路电流分布进行调整，使数据转换前后的电气环境保持一致。

2.1 数据的转换与录入

2.1.1 变压设备的数据转换过程。在PSCAD环境中，涉及到变压器设备电磁暂态环境的数据，需要转换的有：变压器的容量、变压器工作频率、变压器绕组方式等等。采用的具体方法为：

（1）对于基于电力系统分析综合程序的变压设备所有绕组的短路电压参数，可以将其直接转换为基于PSCAD环境的中漏电抗。

（2）对于变压设备由磁滞损耗和涡流损耗组成铁耗与铜耗，应通过转换，将有名值映射到标幺值。举例来讲，电力系统分析综合程序中，若铁耗值为24725kW，便能够映射为PSCAD环境中的标幺值01003495p.u.。如果是将PSASP电力系统分析综合程序中的铜耗映射到基于PSCAD的环境，方法是首先将三组短路损耗进行求和并除二，获取其有名值，然后将此有名值映射为标幺值。

2.1.2 输电线路的数据转换过程：

（1）确定输电线路模型。由于本研究主要针对的是输电线路在动态方面的属性，所以确定以分布参数的模型来描述输电线路。由于是研究电磁暂态下的属性，因此经过综合比较，Phase模型适用于频率变化范围较大的环境，因此本研究以Phase模型作为线路模型的描述与仿真方式。

（2）确定输电线路参数。在基于PSCAD的分析模式下，我国大部分地区的超高压及以上电网均为水平排列方式；在Phase环境里涉及到的输电线路数据包括：输电杆塔的高度、电力线路以及接地线，这些数据均应进行转换。对输电数据进行格式转换的方法是：第一步：对输电线路的物理参数进行确定，并对所有数据进行合理的修正，保证电力系统分析综合程序中所获取的输电线路参数和基于PSCAD环境的参数保持一致。第二步：对于接地线涉及的土壤电阻率，则首先选定其缺省值，然后结合具体情况作出必要的调整。在做好以上步骤之后，PSCAD支持通过物理参数获取所对应的电气参数。

2.1.3 无功补偿数据转换过程。在对混合电网的无功补偿进行数据转换时，必须了解的数据包括无功补偿装置的一些主要参数，例如电容值以及电抗值等等。所以必须把电力系统仿真分析软件之下的此类参数的标幺值进行转换，使之成为电容值以及电抗值。一般情况下，高压输电采用的接线方法均为星形接线。因此本研究也将星形接线方式作为无功补偿装置电容、电抗数据转换的接线方式。具体思路为：根据阻抗值计算式以及阻抗基准计算式，最终经过推导，得到无功补偿的电容值计算式为：

电抗值计算式为：

2.2 电磁暂态仿真模型的搭建

2.2.1 确定电源的主接线。对于电网内的大型发电厂而言，其接线方式均选用了安全性相对较高的单元接线。考虑到该地区电网之内的发电厂绝大部分的单机容量超过了300MW，因此其电源的主接线全部是单元接线。

2.2.2 确定变电站的主接线。结合（原）水利电力部西北电力设计院《电力工程电气设计手册电气一次部分》的规定，根据电网的变电站实际情况进行接线方式的设置，500kV变电站和220kV变电站接线方式有所不同，前者采取的是规定中的第三类接线方式，后者则为第一类接线方式。如图1所示：

2.2.3 确定无功补偿接线方式。在电网建设的工程实践中，以星形接线作为电力电容器组接线方式的最优选择。所以，本研究中，对无功补偿装置选择了单星形方式。

2.2.4 低电压电网的等值。为使研究结论更加明晰，主要将电网里500kV中的直流系统落点以及和直流关系较大的交流纳入等值计算，而其他低等级交流适当简化。对于和直流关系较大的交流，则精确地纳入其网架结构、重要负荷等内容。简化的前提是不对电网的重要电气特性造成较大的影响，简化之后的结果能够进一步降低仿真的工作量，并在很大程度上增强仿真效率。本研究结合文献中成熟的等值法，把电压级别较低的电网等值为一个独立负荷，如下图2所示：

等值之后，一方面能够降低电网的复杂度，另一方面还能突出网络动态特性。

2.2.5 电网结构的确定。在电网网架的确定中，首先将全部500kV等级的变电站以及主力电厂纳入，通过等值处理，把220kV电网等值为电压源，从而构建出暂态仿真模型所需的电网网架结构。

3 直流系统电磁暂态仿真模型分析

3.1 系统概况

在基于PSCAD的软件下，下图3所示为本研究所涉及的直流输电系统。系统中的主要部件，包括变压器、直流线路等全部为详细暂态模型。

3.2 系统参数的确定

3.2.1 换流变压器参数。系统以单相双绕组作为两侧换流变压器，两侧分别有十二台主变压器。结合工程实践中直流输电系统换流站主回路中换流变压器短路阻抗的参数选择原则及方法，将阻抗百分比定位于18%。

3.2.2 平波电抗器参数。结合电网建设工程实践中的高压直流经验，对于平波电抗器参数的计算并无公式可循，需要经过一个逐步逼近最佳值的过程值。本研究所关注的是远距离高压直流输电，结合相关文献以及工程经验，一般将平波电抗器参数工频电抗标幺值设置在0.2～0.7的区间之中。本研究取280mH。

3.2.3 直流线路参数的确定。由于存在电晕的约束，本文所研究电压等级的直流线路为避免电晕，必须选择6分裂导线；为了电磁环境达标以及可听噪声符合相关行业和环保标准，本文所研究电压等级的直流线路导线截面应高于500mm2，综合考虑所有因素之后，导线参数选择6×500mm2。

3.2.4 控制系统参数的确定。本研究在确定控制系统参数时，结合我国目前比较成熟的高压直流输电系统，其在控制系统的配置方面，一般由3个层次组成，分别是：极控制层、换流器层以及单独控制层。其中，极控制层的功能是分析并转译由电力调度部门传输来的直流功率相关指令，对这些指令进行必要的分析之后，向换流器控制层传输指令；换流器层的主要功能是将来自极控制层的指令进行分析和译码，使之成为触发角指令的格式，并进一步传送至所有的阀组控制部件；单独控制层的功能是控制换流器的分接头以及无功补偿等等。只有来自高层的指令能够被下面的层次准确译码并执行，电网才能协调准确地安全运行，为了实现此目标，就应该注意到这些场次在响应时间上存在着很大区别，随着层次变高，其在响应时间方面也会变长。举例来讲，对于处于较高层次的极控制层而言，其功率阶跃响应的时间量级往往是0.1秒，而处于较低层次的换流器层的响应时间一般在4毫秒以内。

（1）极控制层参数分析。在本研究的建模过程中，极控制层所需的电流指令是系统预先给定的，因此在这种情况下不必对电网调度部门的功率进行数值模拟。因此在本研究中不必对这一层的参数进行分析。

（2）换流器层参数的确定。在本研究所设计的输电系统里，换流器控制一方面属于断网的基础控制功能，另一方面也是技术的核心，其控制过程是将触发脉冲作为指令，实现对电网传输功率的配置。

（3）单独控制层参数的确定。单独控制层的主要功能是对变压器分接头以及无功补偿等进行控制。其中，对分接头进行控制，具体内容是对分接头的位置进行自动调整，从而精确地将逆变器的关断角控制在安全范围以内，在实现此功能时，应和换流器本身的控制过程进行配合，具体来看，变压器的分接头通常有两种控制模式，分为角度模式与电压模式。前者的优势在于可以让换流器在许多类别的运行条件中能够拥有比较理想的功率因数。如果电网输送的直流功率相同，则被换流器所消纳的无功一般并不多，则分接头调节的空间变得比较大；而其不足之处在于分接头的动作过多，因此电网的检修次数也增多，耗费了人力物力。此外，目前比较成熟的换流器，其开关依旧为机械原理，对其进行调节的耗时往往多于5秒钟，可见其响应时间并不理想。通常只将角度模式作为电网的备用调节方法。综上所述，考虑到单独控制层缺点是响应时间不理想，因此在进行建模的时候并不纳入此种功能。

4 混合系统潮流的调节

结合以上的分析，本研究给出交直流混合输电系统潮流调节的步骤：

（1）遵循事先拟定的交直流电网运行模式，在电力仿真软件的支持环境下获取这种运行方式的具体潮流情况。

（2）然后，基于PSCAD的环境，以第（1）步里完全一样的交直流混合电网运行方式，不断对电源出力进行调节，并调节等值负荷，目的是使电力仿真软件的支持环境下与PSCAD环境下潮流达到一致。

在PSCAD环境中设置负荷模型时，关键的步骤是选定一些参数，包括dV/dP、dV/dQ、dF/dP、dF/dQ等，并将其取值区间设定为[-5，5]。具体到本研究，将PSCAD环境中dV/dP、dV/dQ、dF/dP、dF/dQ均设置为0，含义是恒功率负荷。同时，对于有功无功的功率均应集合具体的潮流进行适当的调节，从而使潮流分布能够保持一致。

5 混合系统短路电流的调节

在电力仿真软件的支持环境下以及在PSCAD中潮流分布大体相同的条件下，对交直流混合电网的短路电流进行调节。具体的过程为：

（1）在电力仿真软件的支持下，为混合电网设定特定运行模式，并基于这种模式来获取三相短路故障的时候全网的短路电流实际分布情况。

（2）进入PSCAD的环境，并设置单位故障与电力仿真软件相同，通过对次暂态电抗的值进行渐进性的调整，使电力仿真软件的支持环境下与PSCAD环境下短路电流分布达到一致。两种方式之下的短路电流实际分布及误差比较如下表1所示，可见误差在工程误差允许的范围内。

6 结语

本研究在电力仿真软件的支持环境下，研究交直流混合输电系统的电磁暂态仿真模型，以宁东至山东±660千伏的交直流混合电网为例，在PSCAD环境下搭建了含直流馈入的电网仿真模型。在仿真模型里对电网所涉及的各类主要设备进行了模拟，包括火力发电厂、变压设备、电力线路等；然后对电网涉及到的电源、电气接线以及无功补偿等设计了其接线。在电力系统仿真分析软件的支持下，进行电网混合系统潮流、短路电流的调节。本文的成果有助于提升对于交直流系统的特性分析水平，具有比较好的理论价值与实践意义。

参考文献

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1. 引言

直流电动机与交流异步电动机相比，因其结构复杂、制造成本高、运行维护困难等缺点，在很多机械设备上逐步被交流变频调速电机取代。但由于直流电机以其优良的调速性能、相对较低的初期投入，加上z4系列直流电动机采用八角形全叠片结构能适应静止整流电源供电，并能承受较高的负载变化率。因此仍被广泛地应用在机床、造纸、印染、印刷、橡塑机械等行业。随着用户对环保、设备精度、电机可靠性等要求的提高，直流电机除了运行的力能指标、火花状态外，电磁振动和噪音逐步被用户重视。本文着重对z4直流电机电磁振动和噪音生产的主要原因进行分析。

2. z4直流电机电磁振动产生的原因分析

电磁振动与噪音是z4直流电动机生产制造过程中的一个重要控制项。原先因采用直流发电机组试验，电磁振动与噪音不合格的电机很多情况下被漏检出厂。为确认电磁振动与噪音是在出厂时就已存在，还是在用户使用后发生的。为此，在生产线上改变试验方法，按照用户实际运行电源条件，用整流电源代替机组电源进行z4电机的出厂试验项目，发现部分z4电机存在电磁振动和噪音不合格的问题。尽管出现比列不高，但严重影响了电机合同订单的交付。因此，查找电磁振动与噪音产生的原因，成为一项十分迫切的任务。

按照常规分析，z4直流电机电磁振动产生的主要原因有：铁芯叠压不紧、磁场不均衡和线圈松散。

为查找z4直流电动机电磁振动和噪音产生的主要原因，采用更换零部件的逐一排除法，将不合格的零部件换下进行解剖分析。经过近三个月的不断测试分析、总结，终于找到了本公司z4直流电机产生电磁振动的主要原因和次要原因。

2.1 主要原因：磁场不均衡，励磁线圈匝间。

（1）直流电机励磁回路和电枢回路通的是直流电，当励磁回路和电枢回路稳定运行时，理论上主极铁芯中的磁场是恒定的。因此当励磁绕组存在匝间短路时，短路线匝中因不存在变化的磁场而不会产生短路电流，也就不会像电枢绕组因匝间短路而快速烧毁，因此常被忽视。但是由于励磁绕组匝间短路，使磁路产生不对称，电枢受到了不对称的磁拉力，电枢挠度增加。

（2）同时，z4直流电机运行时，定子、电枢绕组中通的是由工频交流电经过整流而获得的直流电。本公司中小型直流电机试验台配备的三套电源中，有一套的整流电源与用户实际使用电源条件相同：励磁绕组电源采用单相交流50hz 220v、经整流变压器升压至单相交流50hz 380v，再用单相半可控桥式整流器整流输出320v直流电。当需要不同的励磁电压（电流）时，通过调节整流模块中的可控整流元件的导通角来实现。

（3）众所周知，整流电源的整流原理决定其输出的直流电中含有一定成份的交流成份，即交流纹波。输出的直流电压与全导通的直流电压比例越小，可控整流元件的导通角越小，交流成份的纹波含量越高。当励磁绕组通以上述整流电源时，电机磁路中的磁场将是变化的，变化的幅度与电源中的交流纹波成份成非线性的正比关系。当励磁线圈存在匝间时，短路匝线圈中就会产生短路电流，短路匝中感生电流的大小与短路匝占整个线圈匝数比和电源交流纹波含量成正比例。短路匝线圈感生电流产生的磁场相位与正常线圈的磁场相反。因此，励磁绕组匝间后，电源中的交流纹波加剧了磁路不对称，且磁场存在交变成份，使电枢受到含有较大变化幅度的交变的磁拉力作用，电枢在变化的磁拉力的作用下产生电磁振动和噪音。

（4）实际试验现象验证上述分析：当将一台存在励磁线圈匝间的z4电机，用直流发电机组电源给励磁回路通电时，电机振动和噪音非常正常；当用三相桥式整流电源（交流纹波含量很小）给励磁回路通电时，电机有轻微的电流声，振动和噪音合格；当用单相整流电源给励磁回路通电时，电机产生强烈的电磁振动和“嗡嗡”的电磁声，用测振仪测量接线盒（薄壁件）和鼓风机蜗壳上的振动值，振速最大值可达到8mm/s，严重影响电机的可靠运行和环保要求。通过对实际有电磁振动的电机统计分析，19台中有16台是由于匝间短路造成的电磁振动和电磁噪音异常，比例达到84.2%。

2.2 次要原因：线圈松散。

（1）z4直流电机励磁绕组为“口”字型集中式绕组。对于中小型直流电机，励磁绕组常采用漆包圆铜线绕制。为保证线圈绕制后线圈外形整齐，直线部分不因鼓涨而影响磁极装配，线圈采用刷漆绕工艺，即线圈绕制时，每绕一层后用毛刷在线圈表面刷绝缘漆，绕完后带着绕线模放到烘箱中加热、固化，线圈出烘箱后拆除绕线模转入下道工序，进行绝缘包扎、铁芯装配、浸漆、烘干等工序。

（2）由于线圈制造、装配的工序较长，工序质量控制不到位，部分线圈存在线匝松动、松散的现象。当励磁线圈有部分线匝松散时，励磁绕组中通过含有交流纹波的励磁电流时，相邻的松散线匝间因电磁力的相互作用而产生线匝振动。对于励磁电压较低的电机，励磁线圈的线规较粗，松散线匝间的振动通过铁芯扩散，并释放电磁噪音。

实际试验验证结果：将一个线圈线匝松散的磁极放到非导磁的桌案上，线圈施加实际运行时单个线圈上的励磁电压，松散的线匝产生强烈的振动。

2.3 铁心叠压。

如果铁芯叠压时，因毛刺超差、叠压力不符合工艺要求时，磁极铁芯就会松动。当松动的铁芯套上线圈，线圈中通有交流纹波的电流时，铁芯中产生的含有交流成份的磁场就会在叠片铁芯钢板中产生涡流，钢板在变化的电磁力作用下，产生电磁振动。

在实际解剖线圈和铁芯过程中，发现铁心叠压过程质量控制较好，未发现有松动铁芯的问题而产生电磁振动的实例。

3. 电磁振动的过程控制

针对电磁振动产生的原因，对励磁线圈的制造过程进行跟踪调查和分析，找出了有匝间问题和松散的线圈漏检、下转的失效原因。

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3.1 有匝间问题线圈漏检、下转。

（1）按照z4直流电机半成品电气检试验规范规定：励磁线圈必须全检线圈匝数，线圈匝数误差不超过±0.2%；线圈直流电阻全检，相对设计值误差不大于±10%。

按职责分工和检验流程：绕线工绕线时，匝数的计量通过绕线机上的机械式或电子数显式计数器计数。刷漆绕完、烘干后不再自检匝数。线圈包绝缘前由专职检验员测量匝数和直流电阻。线圈匝数用yg—108r匝数仪测量，该匝数仪可以测量匝数、直流电阻，没有专门的匝间短路警示信号，但可以通过异常的匝数显示差异来定性判别线圈是否有匝间短路现象。

图1

（2）由于线圈制造工序工位多，当班检验员只有一个，需要兼顾交直流绕线、包线等众多工序，无法全检。加上检验员错误地认为：只要用电桥测量线圈直流电阻合格，匝数可以不测量。这就造成：当线圈有不超过10%的线匝短路时，因直流电阻实测值与设计值的偏差小于10%而被当做合格线圈漏检、下转。

3.2 线匝松散的漏检、下转。

（1）绕线工序：z4电机磁极线圈刷漆绕制中，由于操作者怕漆四处乱甩，刷漆量不足、刷漆不均匀，尤其直边部分非塔型侧表层线圈匝间间隙大、匝间粘接力小，造成定型烘干、脱模过程中，线圈表面局部线匝松散。线圈下转包线工序前，未对松散线匝进行局部刷漆、二次固化的工作，见下图1。

（2）包线工序：线圈对地绝缘纸尺寸过宽，包扎后线圈表面绝缘纸为“u”型，图样要求为“l”型，造成线圈装铁心浸漆时绝缘下面形成气泡聚集区，使表层松散线匝无法通过浸漆而得到固化，见下图2。

图2

3.3 过程控制改进。

针对上述过程控制失效模式，制定了相应的控制措施，保证不合格线圈不下转。

3.3.1 绕线工序。

线圈固化定型、脱模后，松散线匝补刷绝缘漆、二次烘干、定型。同时配置手持式电动刮漆器，绕完线后必须线圈刮头，为检验员测量匝数和直流电阻创造条件。

3.3.2 包线工序。

绝缘纸按规定尺寸裁切，包扎时绝缘纸不得卷曲成“u”形。保证线圈装配铁芯后浸漆时能完全浸透。

3.3.3 线圈检验。

对匝数仪进行计量，直流电阻和匝数均采用yg—108r匝数仪，不再用电桥测量直流电阻，保证检验员能全检匝数和电阻。

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关键词 胜利油田；电网；谐振抑制；措施

中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）107-0140-02

0 引言

胜利油田配电网为小电流接地系统，由于油田生产的特点，配电网的中性点不接地，当系统有某些操作时，如发生单相接地的消失、非同期合闸、运行方式的改变或者投入空载母线时，信号系统经常发母线电压不正常或接地告警，但经巡检后没有明显的接地，此为“虚幻接地”，主要是由于电压互感器的激磁阻抗与系统的对地电容形成非线性谐振回路，当回路参数及外界激发条件形成时，就造成电网发生铁磁谐振。铁磁谐振对电气设备的安全运行威胁较大，影响电力系统的稳定运行。因此，研究铁磁谐振的抑制，对于提高油田电网的可靠性，保证油田原油生产的正常运行有重大的意义。

1 异常及处理过程

胜利油田电网35/6kV变电站在2013 年7月9日发生谐振，现象：6kVII段系统发接地故障信号，经检查发现A相电压为5.2kV，B相电压为5.29kV，C相电压为1.09kV，初步判断为6kV系统C相接地，之后用小电流接地选线装置测试后确定为C相接地。随即汇报调度，将6KV分段开关拉开，发现6kVII段母线正常，6kVI段母线C相接地。大约过了5分钟，6kVI段母线三相电压发生了变化，A相电压一会为5kV，一会为6kV；B相电压一会为4kV，一会为6kV；C相电压一会为1.09kV，一会为0.9kV，电压指数来动，消谐器上基频显示灯亮，6kVI段PT内部有响声，判断为6KV系统发生谐振。

2 电力系统铁磁谐振的原因分析

2.1 35KV变电站的接线及运行分析

35KV变电站接线属单母线分段，当时运行方式是由35kV史口线供电，I#、II#主变并列运行，6kV母线分别接有1#电机、2#电机、郝北线、郝82线、董集线、3#电机、生活区甲线、4#电机、郝一站线和河11线。

2.2 原因分析

在电力系统中，许多设备是属于感性的或容性的，而电力线路对地和线之间存在纵向电感和横向电容，系统上的设备和设施构成了复杂的LC震回路，一定得条件，特定参数配合，某一系统就会出现谐振现象。在中性点不接地系统中，当电源电压升高，或者回路中设备参数变化，极容易发生铁磁谐振现象。变电站发生谐振现象的原因大体如下：

1）线路改造后，改变了线路的长度，也随之改变了线路的电感；

2）电机数量发生变化，随之电路电容也会发生变化；

3）线路的补偿电容发生变化；

4）电压互感器电容；

5）电机电容；

6）零序电压互感器过小；

7）注水电机的变频器，频率发生变化；

8）二次消谐设备功能不够完善；

9）线路的绝缘子老化，线路的对地电容会变小。

3 铁磁谐振的产生

油田电网的小电流接地系统，母线电压互感器都是星型接线，它的结构均为电磁式电压互感器。如图1所示。为了监视系统绝缘增加了辅助线圈，以发出告警信号。

正常运行时，电压互感器的励磁阻抗是很大的，所以网络对地阻抗呈感性。三相基本平衡，电网中性点O的位移电压很小接近零。电网运行方式的变化或者系统接地，系统中出现扰动，电网中性点就有较高的位移电压，即中性点与地之间产生较高的电压，使电压互感器三相电感饱和程度不同，饱和程度低的相对地呈感性；饱和程度过高的相对地呈容性，这时就可能激发铁磁谐振，从而引起过电压。

电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振过电压是小电流接地系统中最常见和造成事故最多的一种内部过电压。从电网故障中得知，在电网实际运行中，单相接地故障是造成铁磁谐的主要原因。

4 铁磁谐振对电力系统安全运行的影响

1）小电流接地系统发生单相接地故障时 ，线电压大小不变且系统的相间绝缘能够满足线电压运行的要求，所以允许单相接地时维持运行，一般规定不超过2h。但油田电网规模的扩大，城区改装造成的电缆线路的增多，城市高楼大夏的拔地而起，现代化生活水平的提高，居民用电量的增大，配电网的大规模增建，油井生产特点，电容电流大幅度增加。当系统发生接地时，电弧不能自动熄灭，就产生间歇弧过电压，损坏了配电网电气设备，影响油田电网的安全稳定运行；

2）当油田配电网发生谐振时，电压互感器一次励磁电流急剧增大，超过了电压互感器额定电流，这样它长时间处于过电流状况下运行，必然造成电压互感器烧毁。更有甚者，接地故障发展为相间事故，造成事故扩大。

5 消除铁磁谐振的措施

1） 更换原来的电压互感器，采用质量好，技术性能优，铁心不易饱和的电压互感器。调整其对地电容，调整电机电容，改变系统电容参数；

2） 更换新的二次消谐设备，使之消谐范围更广，功能更强大；

3） 对油井线路、电机、电缆、线路电容补偿进行测量，计算，在采油厂新上线路时根据计算数据进行统一安装，统一管理，防止回路电感电容系数匹配导致发生谐振；

4）对系统电容电流进行测试工作。将各种不同运行方式下的实测有效数据与消弧线圈档位电流相比较，确定系统的运行方式和消弧线圈的档位，防止系统频繁发生谐振；

5）电压互感器高压侧中性经消谐器接地。由于油田电网的结构特点，在母线电压互感器中心点，加装了阻尼消谐器，避免了电压互感器铁芯饱和，这样，它既能抑制饱和电流，也能起到消除饱和过电压的作用；

6）在电压互感器二次侧开口三角绕组接阻尼电阻。如图1所示， R是接在PT二次侧开口三角两端的阻尼电阻。通过变比关系， 故R越小， 就越能抑制谐振的发生。长期的运行经验表明，接小电阻R 消谐的方法，对于6～ 10kV 的电网且PT特性较好的情况是很有效的， 但它有两个缺点： 其一， 当电压等级越高或PT特性较差时， 要求的R越小， 因而发生持续稳定的单相接地故障时R的容量难以满足要求； 其二， 如果R太小， 单相接地时的PT漏抗压降太大， 使开口三角两端的电压太低， 不能满足继电保护的要求；

7）针对此变电站测试的电容电流，采用中性点经消弧线圈接地。经消弧线圈的电感电流补偿了电容电流，电网的单相接地电流仅为补偿后很小的残余电流，并对电弧的重燃有明显的抑制作用，可大大减小高幅值电弧接地过电压发生的几率；

8）若电容电流较小，也可采用4PT法进行抑制或者二次加装微电脑消谐装置。

6结论

抑制谐振是保障电网安全运行的必要措施。目前，油田电网针对变电站测试的不同电容电流采取了不同的消谐措施，从运行效果来看，效果不错。随着电力技术的飞速发展，智能电网的实施，电力系统的谐振将得到有效的抑制。

参考文献