电磁学在电力系统中的应用

电磁学在电力系统中的应用任何一门科学的诞生和发展都离不开科学内部知识的继承和外部社会历史条件的制约，19世纪电磁学的崛起正是科学发展的内在逻辑与当时电力技术革命相互影响相互推动的结果。近年来，传统的电工理论、电磁场理论与电子科学、信息科学、控制科学、材料科学以及生命科学的交叉融合，产生了许多对社会经济发展和人类生活有重大影响的新兴学科，如生物电工学、生物电磁学、纳米磁学等。其中电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科，涉及电子、计算机、通信、航空航天、铁路交通、电力、军事以至人民生活各个方面。另一方面，高频电磁场在电厂中的除垢技术也是当前重点研发的项目之一。本文将主要讨论电磁兼容技术和高频电磁场除垢技术在电力系统中的应用。一、电磁兼容技术电磁兼容(EMC)是指设备或系统在所处的电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何其他事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。在当今信息社会，随着电子技术、计算机技术的发展，一个系统中采用的电气及电子设备数量大大增加，而且电子设备的频带日益加宽，功率逐渐增大，灵敏度提高，联接各种设备的电缆网络也越来越复杂，因此，电磁兼容问题日显重要。电力系统电磁兼容的主要内容包括:：(1)电磁环境评价。即通过实测或数字仿真等手段，对设备在运行时可能受到的电磁干扰水平(幅值、频率、波形等)进行估计。例如，利用可移动的电磁兼容测试车对高压输电线路或变电站产生的各种干扰进行实测，或通过电磁暂态计算程序对可能产生的瞬变电磁场进行数字仿真。电磁环境评价是电磁兼容技术的重要组成部分，是抗干扰设计的基础。(2)电磁干扰耦合路径。弄清干扰源产生的电磁搔扰通过何种路径到达被干扰的对象。一般来说，干扰可分为传导型干扰和辐射型干扰两大类。传导干扰是指电磁搔扰通过电源线路，接地线和信号线传播到达对象所造成的干扰，例如，通过电源线传入的雷电冲击源产生的干扰；辐射干扰是指通过电磁源空间传播到达敏感设备的干扰。例如，输电线路电晕产生的无线电干扰或电视干扰即属于辐射型的干扰。研究干扰的耦合途径,对制定抗干扰的措施,消除或抑制干扰有重要的意义。(3)电磁抗扰性评价。研究电力系统中各种敏感的设备仪表，如继电保护、自动装置、计算机系统、电能计量仪表等耐受电磁干扰的能力。一般是采用试验来模拟运行中可能出现的干扰并在设备尽可能接近工作条件下，试验被试设备是否会产生误动或永久性损坏。设备的抗扰性决定于该设备的工作原理，电子线路布置、工作信号电平，以及所采取的抗干扰措施。随着电力系统中各种自动化系统和通信系统的广泛采用，随着强电设备与强电设备集成为一体的趋向，如何评价这些设备耐受干扰的能力、研究实用和有效的试验方法，制定评价标准将成为电力系统电磁兼容技术的重要课题。(4)抗干扰措施，电磁干扰的产生和耦合。敏感设备是不可能完全避免电磁搔扰的。因此，往往比较经济合理的解决办法是在敏感设备上应用抗干扰措施。例如，电力调度大楼遭受雷击是不可避免的。但通往系统和调度自动化系统的安全运行可通过正确的接地、屏蔽、隔离措施加以保证。研究有效经济和适用的抗干扰措施也是未来电磁兼容领域的重要任务。(5)电能质量。研究频率变化、谐波、电压闪变、电压骤降等对用户设备性能的影响。二、高频电磁场除垢技术高频电磁场水处理技术是一种完全新型的水处理方法，它利用高频电磁场改变水分子结构的排列方式，破坏它的结晶过程来实现工业应用的目的。水和水系统属于开放的空间，不仅与外部空间交换能量，而且也交换物质，是最难研究的对象。法拉第的电磁学说是现代物理最重要的奠基理论：磁性是所有物质的固有属性，并与物质的化学成分和结构密不可分，磁场和电场是物质特性的两个方面，在电荷移动或电流强度随时间变化时，会发生磁场，磁场强度随时间的变化会引起电场发生。高频电磁场具有一定频率范围的电磁波谱和电磁性质的辐射作用。高频电磁场技术的发展产生了磁化学—磁静力学和磁共振学，它可以用以研究物质，又可以加速各种物质的化学反应。水通过高频电磁场时，水分子作为偶极子被不断反复极化后，与外加电磁场共振，使分子活动加剧、活性增加，原缔合成链状、团状的大分子团破裂成小分子团或单个水分子，水的活性和溶解能力增强，同时也改变了水与水中离子、微晶间的水合状态。如水中钙离子〔Ca（H2O）〕2+中的水分子数量n相应增加，盐在其中溶解度增大，水的粘度、渗透力、表面张力、透光率等都发生变化，影响和破坏了水垢的结晶过程，使其形不成坚硬的针状结晶体，而是形成细小松软的粒状沉淀。高浓度灰浆和大流量循环冷却水是电厂水处理专业的瓶颈，高频电磁场水处理技术在水力除灰系统的应用说明了它在技术上的可行性、经济性和对被处理水质广泛的适应性，这也正是循环冷却水需要解决的技术和经济难点，意味着浓缩比率这个概念不再是一个控制指标。300MW机组循环冷却水量约为4万m3/h左右。除蒸发损失外，如浓缩比率为3，补充水量则为1000m3/h左右，系统消耗水损失为12%～25%，年损耗水量为800万m3/h左右,没有二次化学污染，大幅度的降低运行成本，年节约水量500万m3以上，折合资金100多万元，并可大量减少水资源消耗。水在高频电磁场作用下，不单纯仅是物理作用，同时还伴生电化学反应。在有氧条件下，能产生一定量的过氧化氢(H2O2)，过氧化氢在碱性条件下或紫外线光辐射下，又能分解生成活性羟基自由基(OH.)，化学反应如下：O2＋H2O＋2e→HO2-＋OH-HO2-＋H2O＋2e→H2O2＋OH-由于过氧化氢(H2O2)和羟基（OH'）具有比氯杀菌速度快600-3000倍的极强杀菌能力。经高频电磁场处理后的水中，微量新生态的活性氧（包括H2O2单线态氧O2超氧阴离子自由基O2-等）的浓度发生了显著变化，它们可以破坏构成生物体细胞壁的不饱和脂肪酸，能使微生物膜过氧化，使之成为醛、羧酸、二羧酸，其中醛又是强的杀菌剂，可进一步强化灭菌效果，最终使这些有机物被无机化。高频电磁场技术是随电子工业的进步而发展起来的高新技术，在建设节约型社会和节约型企业的今天，我们面临着淡水资源紧张、水质资源恶化的局面，积极的研发和推广这项技术，有着巨大的现实意义。参考文献[1]张桂华.电磁干扰及抑制与防护[J].淮北职业技术学院学报,2006,(03).[2]潘林.电子设备电磁兼容设计与分析[J].渤海大学学报(自然科学版),2006,(02).[3]刘京林.方兴未艾的电磁兼容技术[J].世界科学,1993,(12).[4]张作刚.计算机技术在电力系统自动化中的应用分析[J].广东科技,2008,(04).[5]王百朋,李彩莲,张朝临.计算机机房的电磁屏蔽[J].陕西气象,2008,(01).[6]（苏）Β.Φ捷尔普戈里兹.水的世界.北京科学出版社.[7]佛.依.克拉辛.磁化水.北京计量出版社.[8]周新良、李石湘、朱江.高频电磁场防垢技术在灰水回收管道的应用.电力环境保护2001.3.[9]邓开茂、姜涛.除灰系统应用高频电磁场防垢技术的研究.电力建设2002.10.[10]蒋民华.晶体物理.山东科技出版社.