论文部分内容阅读
摘 要:变电站中的二次回路处在一个强电磁环境中,近年来电网内已有多起因变电站直流系统二次回路受到干扰而导致开关无故障跳闸事故发生,严重影响了电力系统的安全可靠运行。研究变电站二次回路抗干扰问题,对于促进电网安全可靠运行具有重要意义。
关键词:变电站 二次回路 抗干扰
中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(c)-0110-01
1 变电站二次回路抗干扰研究现状
目前,对于变电站的干扰的探究已经有很多,主要是对从变电站电磁兼容方面展开的,在变电站电磁兼容方面最具代表性的是美国电力科学研究院(EPRI)自1978年开展的以变电站电磁暂态为课题的专项研究工作,他们分别对115～500kV不同电压等级的变电站进行开关操作、一次系统短路故障、雷击等试验,并对波形进行测量及比较。围绕着变电站电磁兼容问题展开了很多变电站干扰源干扰方式的研究。
在变电站中,最恶劣影响最大的干扰为高压开关操作干扰、一次系统短路故障干扰、雷电干扰等。变电站内断路器、隔离开关等一次设备在操作时,会产生一系列的电磁干扰,这些干扰会通过各种耦合进入到二次回路;一次系统短路故障时,在站内架空导线和接地网上会流过很大的短路电流,并在二次电缆周围产生很强的空间磁场,会对二次设备造成较大的干扰;雷电可以以耦合、传导、辐射等形式侵入二次设备。
2 变电站干扰信号研究分析
2.1 变电站干扰信号的分类
干扰按照发源地来分可以分为内部干扰和外部干扰。
干扰信号的按照频率进行分类,可分为低频干扰和高频干扰。低频干扰主要包括工频与其谐波以及频率在几千赫兹的振荡。高频千扰则有高频振荡、无线电信号,还包括频谱含量丰富的快速瞬变干扰。
干扰按其作用方式不同,可分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是出现于导线与地之间的干扰,通常是因地电位升高所引起的。差模信号通常是出现在信号回路内的与正常信号相串联的干扰,通常是由磁耦合引起的。
对不是由电直接接触引起的干扰可分为三种:电场的,磁场的及电、磁场共同作用的。此外接地网中的地电位差会对接地导体及设备造成干扰。综合起来有五种干扰模式:容性耦合产生的干扰、感性耦合产生的干扰、辐射耦合产生的干扰、地电位差引起的干扰以及二次回路自身产生的干扰。本文将从以上五种干扰模式对干扰机理进行分析。
2.2 几种变现站干扰机理分析
(1)容性耦合产生的干扰
容性耦合又称静电耦合,也叫电场耦合,所产生的干扰是近距离电场经耦合电容加到二次回路引起的。处于介质中的不同导体之间总存在着杂散电容,在变电站中还有补偿电容、耦合电容、电容式电压互感器等电容性元件,导体上的电压可通过这些电容耦合到其周边的导体上。
当两个电路处于不同电位时,一个电路的电荷对另一电路有感应。在变电站中,由于一次设备载流体与二次回路间存在杂散电容,因此一次设备上的电压对二次电缆产生容性(电场)耦合,在二次设备上产生干扰电压。另外,在变电站内还存在导线之间的相互耦合、电源线与系统的相互耦合。这些电场耦合是干扰二次设备正常工作的主要原因之一。
(2)感性耦合产生的干扰
感性耦合又称磁场耦合,所产生的干扰电压是由于干扰源与二次回路之间存在互感而引起的。载流导体产生的交变磁场会在其周围闭合电路中产生感应电势。此种干扰主要包括:
当隔离开关操作产生的高频电流或雷电流通过高压母线时,在高压母线周围产生了磁场,其中的一部分将二次电缆包围。二次电缆、CVT的中间变压器的高低压线圈层间电容、互感器的接地线、变电站地网和二次电缆的工作接地点形成了一个闭合回路;
变电站发生接地故障时,在站内架空导线和接地网上会流过很大的短路电流,并在二次电缆周围产生很强的空间磁场,这一空间磁场将在双端接地的二次电缆和接地网构成的回路中产生感应电流;
3 变电站二次回路抗干扰的一些措施
3.1 容性耦合干扰的抑制
主要通过增大耦合阻抗法,通过增大干扰源与二次回路之间的距离,减少控制电缆的长度。合理的电敷设路径,减小了干扰源与二次回路之间的耦合电容,从而增大了耦合阻抗。
电容性耦合的耦合电压与该被干扰导体对地分布电容及导体间的杂散电容有关,在导线与地的距离不变的情况下,要减小干扰电压只能减小线间电容,在导线长度远大于导线直径的情况下,线间电容与杂散电容与导线长度、介电常数及导体直径成正比,而与导线间的距离成反比,因此要减小杂散电容,必须减小导线的长度或增大导线间的距离。
3.2 感性耦合干扰的抑制
感性耦合干扰可以通过磁场屏蔽法来抑制。磁场屏蔽分为低频磁屏蔽和高频磁屏蔽。低频磁屏蔽是利用高导磁率的铁磁材料(如铁、镍铁合金、坡莫合金等)构成磁力线的低磁阻通路,使大部分磁场“包封”在屏蔽体内,从而起到磁隔离作用。高频磁屏蔽是利用屏蔽体产生的涡流反磁场,抵消干扰磁场,从而实现磁屏蔽。
还可以通过减少互感阻抗法来抑制。电磁干扰的干扰电压的大小,与导线的长度及干扰源电流成正比,与干扰源的频率成反比,还与两者之间的平行度有关(当两者平行时,干扰电压最大,当同一回路来回两根导线与干扰源的距离相等时,干扰电压最小,反之则增大)。因此减少干扰源与二次回路间的互感,能减小由于电磁感应在二次回路产生的干扰电压。
3.3 辐射粗合干抚的抑制
电磁屏蔽的作用是抑制辐射电磁场的电磁耦合。其屏蔽的作用是由于金属屏蔽体对入射电磁波的反射损耗和吸收损耗而产生的。考虑到静电耦合的作用,电磁屏蔽还是接地的效果好,它既能起到电场屏蔽作用又能起到电磁屏蔽的作用。电磁波到达金属表面,一部分透入,一部分反射(反射损耗)。透入导体的电磁波,在导体内感应产生涡流,引起功率损失吸收损耗。故电磁波在导体内的传播过程中将不断衰减。
如果用铜作屏蔽,则需较厚的壁,这是很不方便的。故低频下应该采用高导磁率材料作磁屏蔽在无线电频率下,即使采用铜做屏蔽,壁厚也不大,没有必要用铁磁性材料。故高频下,一般用导电良好的材料如铜或铝作电磁屏蔽。
静电屏蔽屏蔽体必须接地才能起作用,而电磁屏蔽是使电磁场只能透入屏体的一薄层,屏蔽体不接地也同样起作用,但接地更好,可同时起到静电屏蔽的作用。由于电磁屏蔽利用涡流产生吸收损耗的作用,故在横截涡流的通路上,屏蔽体的电阻越小越好,因此决不允许在此通路上开缝。因而,最好选用连续的金属板作屏蔽。当屏蔽体较大,需多块板时,各板之间应焊接相连,焊点越密越好。若用网状屏蔽,则网孔越密越好,网丝直径越大越好。最好不用金属丝编织的网,而用金属板展拉的网。但开缝、网眼对静电屏蔽的屏蔽效果则影响甚微。
参考文献
[1] 杨吟梅.变电站电磁兼容问题(四)-抑制电磁干扰的措施[J].电网技术,1997,21(5):67～74.
[2] 汤建红,苏文博,潘向华.500kV变电站开关无故障跳闸事故分析[J].电力自动化设备,2005,25(12):77～79.
[3] 卢斌先.变电站开关瞬态场干扰耦合机理研究[D].北京:华北电力大学,2006.
[4] 杜迎,华垂.抑制传导耦合方法研究[J].电子与封装,2007,7(8):39～42.
关键词:变电站 二次回路 抗干扰
中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(c)-0110-01
1 变电站二次回路抗干扰研究现状
目前,对于变电站的干扰的探究已经有很多,主要是对从变电站电磁兼容方面展开的,在变电站电磁兼容方面最具代表性的是美国电力科学研究院(EPRI)自1978年开展的以变电站电磁暂态为课题的专项研究工作,他们分别对115～500kV不同电压等级的变电站进行开关操作、一次系统短路故障、雷击等试验,并对波形进行测量及比较。围绕着变电站电磁兼容问题展开了很多变电站干扰源干扰方式的研究。
在变电站中,最恶劣影响最大的干扰为高压开关操作干扰、一次系统短路故障干扰、雷电干扰等。变电站内断路器、隔离开关等一次设备在操作时,会产生一系列的电磁干扰,这些干扰会通过各种耦合进入到二次回路;一次系统短路故障时,在站内架空导线和接地网上会流过很大的短路电流,并在二次电缆周围产生很强的空间磁场,会对二次设备造成较大的干扰;雷电可以以耦合、传导、辐射等形式侵入二次设备。
2 变电站干扰信号研究分析
2.1 变电站干扰信号的分类
干扰按照发源地来分可以分为内部干扰和外部干扰。
干扰信号的按照频率进行分类,可分为低频干扰和高频干扰。低频干扰主要包括工频与其谐波以及频率在几千赫兹的振荡。高频千扰则有高频振荡、无线电信号,还包括频谱含量丰富的快速瞬变干扰。
干扰按其作用方式不同,可分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是出现于导线与地之间的干扰,通常是因地电位升高所引起的。差模信号通常是出现在信号回路内的与正常信号相串联的干扰,通常是由磁耦合引起的。
对不是由电直接接触引起的干扰可分为三种:电场的,磁场的及电、磁场共同作用的。此外接地网中的地电位差会对接地导体及设备造成干扰。综合起来有五种干扰模式:容性耦合产生的干扰、感性耦合产生的干扰、辐射耦合产生的干扰、地电位差引起的干扰以及二次回路自身产生的干扰。本文将从以上五种干扰模式对干扰机理进行分析。
2.2 几种变现站干扰机理分析
(1)容性耦合产生的干扰
容性耦合又称静电耦合,也叫电场耦合,所产生的干扰是近距离电场经耦合电容加到二次回路引起的。处于介质中的不同导体之间总存在着杂散电容,在变电站中还有补偿电容、耦合电容、电容式电压互感器等电容性元件,导体上的电压可通过这些电容耦合到其周边的导体上。
当两个电路处于不同电位时,一个电路的电荷对另一电路有感应。在变电站中,由于一次设备载流体与二次回路间存在杂散电容,因此一次设备上的电压对二次电缆产生容性(电场)耦合,在二次设备上产生干扰电压。另外,在变电站内还存在导线之间的相互耦合、电源线与系统的相互耦合。这些电场耦合是干扰二次设备正常工作的主要原因之一。
(2)感性耦合产生的干扰
感性耦合又称磁场耦合,所产生的干扰电压是由于干扰源与二次回路之间存在互感而引起的。载流导体产生的交变磁场会在其周围闭合电路中产生感应电势。此种干扰主要包括:
当隔离开关操作产生的高频电流或雷电流通过高压母线时,在高压母线周围产生了磁场,其中的一部分将二次电缆包围。二次电缆、CVT的中间变压器的高低压线圈层间电容、互感器的接地线、变电站地网和二次电缆的工作接地点形成了一个闭合回路;
变电站发生接地故障时,在站内架空导线和接地网上会流过很大的短路电流,并在二次电缆周围产生很强的空间磁场,这一空间磁场将在双端接地的二次电缆和接地网构成的回路中产生感应电流;
3 变电站二次回路抗干扰的一些措施
3.1 容性耦合干扰的抑制
主要通过增大耦合阻抗法,通过增大干扰源与二次回路之间的距离,减少控制电缆的长度。合理的电敷设路径,减小了干扰源与二次回路之间的耦合电容,从而增大了耦合阻抗。
电容性耦合的耦合电压与该被干扰导体对地分布电容及导体间的杂散电容有关,在导线与地的距离不变的情况下,要减小干扰电压只能减小线间电容,在导线长度远大于导线直径的情况下,线间电容与杂散电容与导线长度、介电常数及导体直径成正比,而与导线间的距离成反比,因此要减小杂散电容,必须减小导线的长度或增大导线间的距离。
3.2 感性耦合干扰的抑制
感性耦合干扰可以通过磁场屏蔽法来抑制。磁场屏蔽分为低频磁屏蔽和高频磁屏蔽。低频磁屏蔽是利用高导磁率的铁磁材料(如铁、镍铁合金、坡莫合金等)构成磁力线的低磁阻通路,使大部分磁场“包封”在屏蔽体内,从而起到磁隔离作用。高频磁屏蔽是利用屏蔽体产生的涡流反磁场,抵消干扰磁场,从而实现磁屏蔽。
还可以通过减少互感阻抗法来抑制。电磁干扰的干扰电压的大小,与导线的长度及干扰源电流成正比,与干扰源的频率成反比,还与两者之间的平行度有关(当两者平行时,干扰电压最大,当同一回路来回两根导线与干扰源的距离相等时,干扰电压最小,反之则增大)。因此减少干扰源与二次回路间的互感,能减小由于电磁感应在二次回路产生的干扰电压。
3.3 辐射粗合干抚的抑制
电磁屏蔽的作用是抑制辐射电磁场的电磁耦合。其屏蔽的作用是由于金属屏蔽体对入射电磁波的反射损耗和吸收损耗而产生的。考虑到静电耦合的作用,电磁屏蔽还是接地的效果好,它既能起到电场屏蔽作用又能起到电磁屏蔽的作用。电磁波到达金属表面,一部分透入,一部分反射(反射损耗)。透入导体的电磁波,在导体内感应产生涡流,引起功率损失吸收损耗。故电磁波在导体内的传播过程中将不断衰减。
如果用铜作屏蔽,则需较厚的壁,这是很不方便的。故低频下应该采用高导磁率材料作磁屏蔽在无线电频率下,即使采用铜做屏蔽,壁厚也不大,没有必要用铁磁性材料。故高频下,一般用导电良好的材料如铜或铝作电磁屏蔽。
静电屏蔽屏蔽体必须接地才能起作用,而电磁屏蔽是使电磁场只能透入屏体的一薄层,屏蔽体不接地也同样起作用,但接地更好,可同时起到静电屏蔽的作用。由于电磁屏蔽利用涡流产生吸收损耗的作用,故在横截涡流的通路上,屏蔽体的电阻越小越好,因此决不允许在此通路上开缝。因而,最好选用连续的金属板作屏蔽。当屏蔽体较大,需多块板时,各板之间应焊接相连,焊点越密越好。若用网状屏蔽,则网孔越密越好,网丝直径越大越好。最好不用金属丝编织的网,而用金属板展拉的网。但开缝、网眼对静电屏蔽的屏蔽效果则影响甚微。
参考文献
[1] 杨吟梅.变电站电磁兼容问题(四)-抑制电磁干扰的措施[J].电网技术,1997,21(5):67～74.
[2] 汤建红,苏文博,潘向华.500kV变电站开关无故障跳闸事故分析[J].电力自动化设备,2005,25(12):77～79.
[3] 卢斌先.变电站开关瞬态场干扰耦合机理研究[D].北京:华北电力大学,2006.
[4] 杜迎,华垂.抑制传导耦合方法研究[J].电子与封装,2007,7(8):39～42.