變電站二次回路抗干擾研究

摘 要:變電站中的二次回路處在一個(gè)強(qiáng)電磁環(huán)境中，近年來(lái)電網(wǎng)內(nèi)已有多起因變電站直流系統(tǒng)二次回路受到干擾而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)無(wú)故障跳閘事故發(fā)生，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。研究變電站二次回路抗干擾問(wèn)題，對(duì)于促進(jìn)電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行具有重要意義。

關(guān)鍵詞:變電站 二次回路 抗干擾

中圖分類(lèi)號(hào):TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)04(c)-0110-01

1 變電站二次回路抗干擾研究現(xiàn)狀

目前，對(duì)于變電站的干擾的探究已經(jīng)有很多，主要是對(duì)從變電站電磁兼容方面展開(kāi)的，在變電站電磁兼容方面最具代表性的是美國(guó)電力科學(xué)研究院(EPRI)自1978年開(kāi)展的以變電站電磁暫態(tài)為課題的專(zhuān)項(xiàng)研究工作，他們分別對(duì)115～500kV不同電壓等級(jí)的變電站進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作、一次系統(tǒng)短路故障、雷擊等試驗(yàn)，并對(duì)波形進(jìn)行測(cè)量及比較。圍繞著變電站電磁兼容問(wèn)題展開(kāi)了很多變電站干擾源干擾方式的研究。

在變電站中，最?lèi)毫佑绊懽畲蟮母蓴_為高壓開(kāi)關(guān)操作干擾、一次系統(tǒng)短路故障干擾、雷電干擾等。變電站內(nèi)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備在操作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列的電磁干擾，這些干擾會(huì)通過(guò)各種耦合進(jìn)入到二次回路;一次系統(tǒng)短路故障時(shí)，在站內(nèi)架空導(dǎo)線和接地網(wǎng)上會(huì)流過(guò)很大的短路電流，并在二次電纜周?chē)a(chǎn)生很強(qiáng)的空間磁場(chǎng)，會(huì)對(duì)二次設(shè)備造成較大的干擾;雷電可以以耦合、傳導(dǎo)、輻射等形式侵入二次設(shè)備。

2 變電站干擾信號(hào)研究分析

2.1 變電站干擾信號(hào)的分類(lèi)

干擾按照發(fā)源地來(lái)分可以分為內(nèi)部干擾和外部干擾。

干擾信號(hào)的按照頻率進(jìn)行分類(lèi)，可分為低頻干擾和高頻干擾。低頻干擾主要包括工頻與其諧波以及頻率在幾千赫茲的振蕩。高頻千擾則有高頻振蕩、無(wú)線電信號(hào)，還包括頻譜含量豐富的快速瞬變干擾。

干擾按其作用方式不同，可分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是出現(xiàn)于導(dǎo)線與地之間的干擾，通常是因地電位升高所引起的。差模信號(hào)通常是出現(xiàn)在信號(hào)回路內(nèi)的與正常信號(hào)相串聯(lián)的干擾，通常是由磁耦合引起的。

對(duì)不是由電直接接觸引起的干擾可分為三種:電場(chǎng)的，磁場(chǎng)的及電、磁場(chǎng)共同作用的。此外接地網(wǎng)中的地電位差會(huì)對(duì)接地導(dǎo)體及設(shè)備造成干擾。綜合起來(lái)有五種干擾模式:容性耦合產(chǎn)生的干擾、感性耦合產(chǎn)生的干擾、輻射耦合產(chǎn)生的干擾、地電位差引起的干擾以及二次回路自身產(chǎn)生的干擾。本文將從以上五種干擾模式對(duì)干擾機(jī)理進(jìn)行分析。

2.2 幾種變現(xiàn)站干擾機(jī)理分析

(1)容性耦合產(chǎn)生的干擾

容性耦合又稱(chēng)靜電耦合，也叫電場(chǎng)耦合，所產(chǎn)生的干擾是近距離電場(chǎng)經(jīng)耦合電容加到二次回路引起的。處于介質(zhì)中的不同導(dǎo)體之間總存在著雜散電容，在變電站中還有補(bǔ)償電容、耦合電容、電容式電壓互感器等電容性元件，導(dǎo)體上的電壓可通過(guò)這些電容耦合到其周邊的導(dǎo)體上。

當(dāng)兩個(gè)電路處于不同電位時(shí)，一個(gè)電路的電荷對(duì)另一電路有感應(yīng)。在變電站中，由于一次設(shè)備載流體與二次回路間存在雜散電容，因此一次設(shè)備上的電壓對(duì)二次電纜產(chǎn)生容性(電場(chǎng))耦合，在二次設(shè)備上產(chǎn)生干擾電壓。另外，在變電站內(nèi)還存在導(dǎo)線之間的相互耦合、電源線與系統(tǒng)的相互耦合。這些電場(chǎng)耦合是干擾二次設(shè)備正常工作的主要原因之一。

(2)感性耦合產(chǎn)生的干擾

感性耦合又稱(chēng)磁場(chǎng)耦合，所產(chǎn)生的干擾電壓是由于干擾源與二次回路之間存在互感而引起的。載流導(dǎo)體產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)會(huì)在其周?chē)]合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。此種干擾主要包括:

當(dāng)隔離開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生的高頻電流或雷電流通過(guò)高壓母線時(shí)，在高壓母線周?chē)a(chǎn)生了磁場(chǎng)，其中的一部分將二次電纜包圍。二次電纜、CVT的中間變壓器的高低壓線圈層間電容、互感器的接地線、變電站地網(wǎng)和二次電纜的工作接地點(diǎn)形成了一個(gè)閉合回路;

變電站發(fā)生接地故障時(shí)，在站內(nèi)架空導(dǎo)線和接地網(wǎng)上會(huì)流過(guò)很大的短路電流，并在二次電纜周?chē)a(chǎn)生很強(qiáng)的空間磁場(chǎng)，這一空間磁場(chǎng)將在雙端接地的二次電纜和接地網(wǎng)構(gòu)成的回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流;

3 變電站二次回路抗干擾的一些措施

3.1 容性耦合干擾的抑制

主要通過(guò)增大耦合阻抗法，通過(guò)增大干擾源與二次回路之間的距離，減少控制電纜的長(zhǎng)度。合理的電敷設(shè)路徑，減小了干擾源與二次回路之間的耦合電容，從而增大了耦合阻抗。

電容性耦合的耦合電壓與該被干擾導(dǎo)體對(duì)地分布電容及導(dǎo)體間的雜散電容有關(guān)，在導(dǎo)線與地的距離不變的情況下，要減小干擾電壓只能減小線間電容，在導(dǎo)線長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于導(dǎo)線直徑的情況下，線間電容與雜散電容與導(dǎo)線長(zhǎng)度、介電常數(shù)及導(dǎo)體直徑成正比，而與導(dǎo)線間的距離成反比，因此要減小雜散電容，必須減小導(dǎo)線的長(zhǎng)度或增大導(dǎo)線間的距離。

3.2 感性耦合干擾的抑制

感性耦合干擾可以通過(guò)磁場(chǎng)屏蔽法來(lái)抑制。磁場(chǎng)屏蔽分為低頻磁屏蔽和高頻磁屏蔽。低頻磁屏蔽是利用高導(dǎo)磁率的鐵磁材料(如鐵、鎳鐵合金、坡莫合金等)構(gòu)成磁力線的低磁阻通路，使大部分磁場(chǎng)“包封”在屏蔽體內(nèi)，從而起到磁隔離作用。高頻磁屏蔽是利用屏蔽體產(chǎn)生的渦流反磁場(chǎng)，抵消干擾磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)磁屏蔽。

還可以通過(guò)減少互感阻抗法來(lái)抑制。電磁干擾的干擾電壓的大小，與導(dǎo)線的長(zhǎng)度及干擾源電流成正比，與干擾源的頻率成反比，還與兩者之間的平行度有關(guān)(當(dāng)兩者平行時(shí)，干擾電壓最大，當(dāng)同一回路來(lái)回兩根導(dǎo)線與干擾源的距離相等時(shí)，干擾電壓最小，反之則增大)。因此減少干擾源與二次回路間的互感，能減小由于電磁感應(yīng)在二次回路產(chǎn)生的干擾電壓。

3.3 輻射粗合干撫的抑制

電磁屏蔽的作用是抑制輻射電磁場(chǎng)的電磁耦合。其屏蔽的作用是由于金屬屏蔽體對(duì)入射電磁波的反射損耗和吸收損耗而產(chǎn)生的。考慮到靜電耦合的作用，電磁屏蔽還是接地的效果好，它既能起到電場(chǎng)屏蔽作用又能起到電磁屏蔽的作用。電磁波到達(dá)金屬表面，一部分透入，一部分反射(反射損耗)。透入導(dǎo)體的電磁波，在導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生渦流，引起功率損失吸收損耗。故電磁波在導(dǎo)體內(nèi)的傳播過(guò)程中將不斷衰減。

如果用銅作屏蔽，則需較厚的壁，這是很不方便的。故低頻下應(yīng)該采用高導(dǎo)磁率材料作磁屏蔽在無(wú)線電頻率下，即使采用銅做屏蔽，壁厚也不大，沒(méi)有必要用鐵磁性材料。故高頻下，一般用導(dǎo)電良好的材料如銅或鋁作電磁屏蔽。

靜電屏蔽屏蔽體必須接地才能起作用，而電磁屏蔽是使電磁場(chǎng)只能透入屏體的一薄層，屏蔽體不接地也同樣起作用，但接地更好，可同時(shí)起到靜電屏蔽的作用。由于電磁屏蔽利用渦流產(chǎn)生吸收損耗的作用，故在橫截渦流的通路上，屏蔽體的電阻越小越好，因此決不允許在此通路上開(kāi)縫。因而，最好選用連續(xù)的金屬板作屏蔽。當(dāng)屏蔽體較大，需多塊板時(shí)，各板之間應(yīng)焊接相連，焊點(diǎn)越密越好。若用網(wǎng)狀屏蔽，則網(wǎng)孔越密越好，網(wǎng)絲直徑越大越好。最好不用金屬絲編織的網(wǎng)，而用金屬板展拉的網(wǎng)。但開(kāi)縫、網(wǎng)眼對(duì)靜電屏蔽的屏蔽效果則影響甚微。

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