淺析變電站的電磁環境

韓佳佳

（長治供電公司，山西 長治 046000；武漢大學，湖北 武漢 430072）

電力在社會生產和人類生活中的廣泛應用及電子及通信技術的發展，導致電磁場、電磁波彌漫在人類的生存環境中，形成現代社會所特有的電磁污染。變電站作為復雜電磁環境的代表，具有頻率范圍廣，從工頻、低頻到高頻振蕩；電磁騷擾強度大，雷電電磁騷擾可能達到幾十千伏；電磁騷擾的耦合途徑有多種。因此，分析變電站各種騷擾狀態下的電磁環境，可有效提高設備抗干擾性能。

1 研究背景

變電站一次設備是由保護、控制、計量及通信裝置進行監測。而控制、保護、計量和通信系統對外界騷擾的耐受力較弱，極易受干擾。容量的不斷增大、電壓等級的不斷增高，使得變電站遭受的電磁騷擾更加嚴重，極易導致保護性能變差、保護裝置不能正確動作、拒絕動作等；嚴重時，會導致保護信息丟失或二次系統嚴重故障，這都直接影響系統的安全可靠運行。

2 根本原因

變電站倒閘操作，雷電沖擊，單相接地短路故障，二次回路中的開關、繼電器操作，靜電、放電等都會通過不同的耦合途徑傳入二次回路中形成暫態騷擾。目前，變電站電壓等級不斷提升，主變容量不斷增大，造成的暫態騷擾在二次回路中也更加強烈，直接影響電力系統運行的安全可靠性。

3 特征分析

3.1 倒閘操作

倒閘操作主要由母線、線路、主變停送電、電容器組投切等構成。母線上連接的儲能元件在倒閘操作過程中，尤其電容器等狀態發生變化時，要產生暫態過電壓，構成復雜的振蕩網絡耦合到二次回路中，在二次回路中出現大量快速衰減的振蕩脈沖。

就目前國內外所獲得的實測數據統計可得：倒閘操作中，由斷路器切合電源比隔離開關切合電源所引起的主導f要高、U暫態要小、脈沖總數要少；斷路器拉合速度越快,產生的暫態重復f越低，持續t越短；倒閘操作過程中產生的電弧并不是電磁干擾的最主要來源，電磁干擾主要是由母線與二次設備之間的輻射性電磁耦合而引起的。

3.2 雷電沖擊

雷電是大氣層中頻繁且強烈的電磁騷擾源。當雷電直擊于輸電線路時，雷電流直接通過線路泄入變電站，在變電站一次設備上產生雷電侵入波過電壓；當雷擊大地時，在線路上會產生感應過電壓。雷電壓與雷電流通過容性耦合、感應耦合或阻性耦合傳到二次設備上時，會使其性能劣化或運行狀態改變。

從變電站雷電沖擊試驗研究結果可知：雷電沖擊引起的騷擾U較高，使芯線對地之間的騷擾電壓可達30 kV以上，騷擾電壓的f也很高。雷電是變電站的主要騷擾源之一。為保證變電站二次設備安全可靠，需通過開展沖擊抗擾度試驗、脈沖磁場抗擾度試驗來保證電網正常運行時的安全性、穩定性、可靠性。

3.3 單相接地短路故障

單相接地造成系統短路故障時，將有大電流經過接地點侵入接地網，使接地點與整個接地網的電位都升高。如果二次電纜的屏蔽層通過不同的接地點接地，由于各個接地點間的電位不同，將會產生瞬態電流并流經接地網接地電阻與二次電纜屏蔽層，再通過電磁耦合感應出縱向電動勢，并通過測量設備引入二次回路。例如，500 kV變電站發生高壓母線單相接地引起短路故障時，二次電纜芯線上將產生從幾十伏到近萬伏的騷擾電壓。由此可知，入地電流的大小直接影響二次電纜芯線上產生的暫態騷擾電壓。

3.4 二次回路中的開關、繼電器動作

由于二次回路中繼電器的大量使用，而繼電器由于采用了更先進的技術，靈敏度得以提升，二次回路在其正常運行過程中，難免會產生等頻率振蕩的暫態電壓。

3.5 靜電放電

保護、控制、計量及通信裝置在被帶靜電的人直接接觸該設備時引起的放電，或相鄰物體間相互干擾引起放電等影響時，會導致電子測量和控制裝置失靈，或保護信息丟失等嚴重故障。

4 結論

本文對變電站在各種電磁騷擾下的電磁環境進行了分析，明確了主要騷擾源的特征，介紹了一次電磁騷擾通過傳導、感應、輻射耦合途徑進入二次系統形成干擾的過程，所得的結論可以為抑制變電站電磁干擾所采取的措施提供合理的建議，也可為二次設備的抗擾度設計提供參考。