變電站電磁干擾

變電站電磁干擾第一頁，共三十頁，2022年，8月28日1.變電站電磁騷擾

500kV變電站將二次設(shè)備以分層分布方式安裝在500kV和220kV開關(guān)場中是目前輸變電工程建設(shè)的趨勢。由于500kV開關(guān)場地的電磁環(huán)境的復(fù)雜性、嚴(yán)酷性，使得人們對這些安裝在現(xiàn)場的二次設(shè)備的安全性、工作可靠性等問題提出疑問。第二頁，共三十頁，2022年，8月28日關(guān)于變電站的電磁騷擾源，美國EPRI持續(xù)20年對各電壓等級(jí)的變電站電磁現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)測，取得了大量數(shù)據(jù)，提出了5卷技術(shù)報(bào)告對減緩干擾和二次設(shè)備的抗干擾性能及其有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)。由于新的技術(shù)的出現(xiàn)，它們現(xiàn)在仍然繼續(xù)對電磁現(xiàn)象的實(shí)測。第三頁，共三十頁，2022年，8月28日2.電網(wǎng)諧波電網(wǎng)諧波是影響供電電能質(zhì)量的重要問題，可以說是公害：增加能耗、降低設(shè)備出力、引起設(shè)備不正常或誤動(dòng)、產(chǎn)生噪聲等。隨著電網(wǎng)中非線性負(fù)荷的增加，諧波問題變得日趨嚴(yán)重，必須對各種電氣設(shè)備發(fā)出的諧波進(jìn)行了限制，但終究不可能消除諧波。第四頁，共三十頁，2022年，8月28日從電磁兼容觀點(diǎn)研究解決諧波問題，是以兼容性水平為目標(biāo)，一方面規(guī)定了限值來限制設(shè)備產(chǎn)生諧波電流，或推薦了方法評(píng)估畸變負(fù)荷接入電網(wǎng)原則，目的是保證諧波騷擾水平不超過電網(wǎng)的兼容性水平；另一方面，在電網(wǎng)的兼容性水平基礎(chǔ)上確定接入電網(wǎng)的設(shè)備的抗擾度水平。第五頁，共三十頁，2022年，8月28日3.變電站電磁騷擾及特性變電站中各種電磁現(xiàn)象如電場、磁場和雷電沖擊、操作沖擊以及各種放電現(xiàn)象，構(gòu)成了變電站復(fù)雜而惡劣的電磁環(huán)境。第六頁，共三十頁，2022年，8月28日第七頁，共三十頁，2022年，8月28日3.1開關(guān)操作變電站中主要有以下幾種:隔離開關(guān)操作高壓母線,斷路器操作高壓母線和高壓線路,投切電容器組,投切空載變壓器及電抗器。由于電容、電感均為儲(chǔ)能元件，當(dāng)開關(guān)操作使其狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)過電壓。而開關(guān)操作的母線上接有其它電氣設(shè)備，構(gòu)成了復(fù)雜的振蕩網(wǎng)絡(luò)，決定了暫態(tài)振蕩電壓波形是包含多種頻率分量的衰減振蕩波。第八頁，共三十頁，2022年，8月28日母線（或電氣設(shè)備間的連線）以天線的方式，將其電壓、電流以暫態(tài)電磁場的形式向周圍空間輻射能量，同時(shí)通過連接在母線或線路上的測量設(shè)備（CT、PT、CVT等）直接耦合至二次回路。開關(guān)操作產(chǎn)生的騷擾的頻率一般為0.1～80MHz，每串騷擾波的持續(xù)時(shí)間為10μs～10ms。第九頁，共三十頁，2022年，8月28日理論分析和實(shí)測數(shù)據(jù)可得出如下規(guī)律：

——離開關(guān)操作相比，斷路器操作所引起暫態(tài)的幅值小，主導(dǎo)頻率高、脈沖總數(shù)少。

——快速開關(guān)比慢速開關(guān)產(chǎn)生的暫態(tài)重復(fù)頻率低，持續(xù)時(shí)間短。慢速隔離開關(guān)一次操作中可能產(chǎn)生上萬個(gè)脈沖，而快速開關(guān)只產(chǎn)生幾十個(gè)。第十頁，共三十頁，2022年，8月28日（1）暫態(tài)磁場無論是操作刀閘還是斷路器，產(chǎn)生的暫態(tài)磁場主波形的頻率在150～800kHz的頻率范圍內(nèi)，地面上2m處的磁場幅值（峰-峰值）在數(shù)十A/m至數(shù)百A/m，而相應(yīng)的地面處磁場幅值降低了約有一個(gè)數(shù)量級(jí)。即最大幅值為150A/m，地面處磁場最大幅值只有不到20A/m。第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日新鄉(xiāng)變隔離刀閘合空載母線時(shí)的磁場測量波形，磁場峰-峰值為300A/m。第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日3.2雷電沖擊雷擊不會(huì)直接打到二次回路，而是由兩個(gè)渠道間接對其產(chǎn)生騷擾：（1）雷擊在高壓線路上產(chǎn)生暫態(tài)過電壓，會(huì)經(jīng)過測量用的互感器（CT、PT、CVT）傳遞到二次回路。（2）雷擊產(chǎn)生流入接地系統(tǒng)的暫態(tài)電流，使地電位發(fā)生變化，流過兩端接地電纜外皮的電流增加。第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日由雷擊變電站在二次回路中產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓的最大值可達(dá)7.9kV；而二次電纜的騷擾電壓最高可達(dá)30kV，其頻率可達(dá)幾兆赫。第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日3.3高壓母線單相接地故障變電站內(nèi)由于系統(tǒng)對地短路，大電流經(jīng)接地點(diǎn)泄入地網(wǎng)，使接地點(diǎn)乃至整個(gè)地網(wǎng)的電位升高。如果二次回路和接地網(wǎng)的連接點(diǎn)靠近大電流的入地點(diǎn)，則這些點(diǎn)的電位隨之升高，在二次回路中造成共模騷擾電壓。變電站內(nèi)高壓母線單相接地時(shí)，在二次電纜芯線上產(chǎn)生的騷擾電壓可以從幾十伏到近萬伏（12.3kV），暫態(tài)騷擾電壓的頻率約為幾千赫到幾百千赫。第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日3.4高壓線路產(chǎn)生的工頻電、磁場

在戶外變電站中，高壓線路或匯流排會(huì)產(chǎn)生工頻電磁場。一般而言，電壓等級(jí)越高，產(chǎn)生的電場也越大，但穩(wěn)態(tài)工頻磁場未必隨電壓增高而增加。第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日3.5其它騷擾源（1）二次回路中的開關(guān)操作。由于電磁繼電器的大量使用，二次回路自身工作時(shí)，產(chǎn)生中等頻率的、振蕩的暫態(tài)電壓。其特征是：頻帶，30kHz～1MHz；幅值，小于2kV（峰值）。（2）無線電發(fā)射機(jī)。變電站工作人員用的無線電通信工具（發(fā)射機(jī)），高頻場的主要來源。一個(gè)5W發(fā)射機(jī)在50cm遠(yuǎn)處產(chǎn)生電磁場的場強(qiáng)約為7V/m。此外，電暈放電、火花放電以及局部電火花等都會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，高頻載波也會(huì)產(chǎn)生不容忽視的輻射騷擾。第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日（3）靜電放電?？刂圃O(shè)備可能遭受到工作人員向金屬外殼或電子線路靜電放電的影響。最大的人體靜電電壓可達(dá)15kV或更高，在采取防范措施后可降至4kV以下。第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日4.抗干擾措施——距離——屏蔽——接地——濾波第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日拉開距離是最簡單、最直觀的抗干擾措施之一。濾波技術(shù)是抑制電氣電子設(shè)備傳導(dǎo)騷擾、提高電氣電子設(shè)備傳導(dǎo)抗擾度水平的主要手段，也是保證設(shè)備整體或局部屏蔽效能的重要輔助措施。濾波主要依靠濾波元件，從簡單的單一電容、電感，到復(fù)雜的各種濾波器。鐵氧體環(huán)是重要的濾波元件之一。第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日屏蔽設(shè)計(jì)有30dB與70dB準(zhǔn)則：騷擾水平與抗擾度之差小于30dB，可不必專門的屏蔽設(shè)計(jì)；兩者之差超過70dB，則需要復(fù)雜的或成本陡高的屏蔽措施；30dB~60dB之間，則是屏蔽設(shè)計(jì)的常用期望值。第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日關(guān)于反射、吸收和屏蔽效能。電磁波投射到金屬表面時(shí)，由于空氣波阻抗與金屬波阻抗的差異，會(huì)出現(xiàn)反射而產(chǎn)生反射損耗。進(jìn)入金屬表面的電磁波，在傳播過程中會(huì)被金屬吸收部分能量，產(chǎn)生吸收損耗。屏蔽效能由反射損耗（包括多次反射）、吸收損耗組成。第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日為了給現(xiàn)場運(yùn)行的二次設(shè)備提供安全工作的電磁環(huán)境，采用屏蔽的保護(hù)小室作為抗干擾的措施來解決保護(hù)及下放技術(shù)的應(yīng)用和強(qiáng)電磁環(huán)境的矛盾，是國內(nèi)500kV變電站建設(shè)和運(yùn)行現(xiàn)行的一種方式。研究表明，因二次設(shè)備對變電站的電磁場具有較強(qiáng)的抗擾性能，因此保護(hù)小室應(yīng)不以空間的電磁場為主要的防護(hù)對象，保護(hù)小室可以不采取專門的屏蔽措施。第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日變電站內(nèi)埋設(shè)有專門的接地網(wǎng)，并且接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足各種條件的要求,比如:——較低的接地電阻；——限制跨步電壓和接觸電壓；——降低高頻和低頻共模騷擾；——能夠承受短路的大電流。第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日接地有多種方式，有單點(diǎn)接地，多點(diǎn)接地以及混合類型的接地。而單點(diǎn)接地又分為串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地。一般來說，單點(diǎn)接地用于簡單電路，不同功能模塊之間接地區(qū)分，以及低頻（f<1MHz）電子線路。當(dāng)設(shè)計(jì)高頻（f>10MHz）電路時(shí)就要采用多點(diǎn)接地了或者多層板（完整的地