变电站电磁干扰

1.变电站电磁骚扰500kV变电站将二次设备以分层分布方式安装在500kV和220kV开关场中是目前输变电工程建设的趋势。由于500kV开关场地的电磁环境的复杂性、严酷性，使得人们对这些安装在现场的二次设备的安全性、工作可靠性等问题提出疑问。关于变电站的电磁骚扰源，美国EPRI持续20年对各电压等级的变电站电磁现象进行实测，取得了大量数据，提出了5卷技术报告对减缓干扰和二次设备的抗干扰性能及其有关标准提供了依据。由于新的技术的出现，它们现在仍然继续对电磁现象的实测。2.电网谐波电网谐波是影响供电电能质量的重要问题，可以说是公害：增加能耗、降低设备出力、引起设备不正常或误动、产生噪声等。随着电网中非线性负荷的增加，谐波问题变得日趋严重，必须对各种电气设备发出的谐波进行了限制，但终究不可能消除谐波。从电磁兼容观点研究解决谐波问题，是以兼容性水平为目标，一方面规定了限值来限制设备产生谐波电流，或推荐了方法评估畸变负荷接入电网原则，目的是保证谐波骚扰水平不超过电网的兼容性水平；另一方面，在电网的兼容性水平基础上确定接入电网的设备的抗扰度水平。3.变电站电磁骚扰及特性变电站中各种电磁现象如电场、磁场和雷电冲击、操作冲击以及各种放电现象，构成了变电站复杂而恶劣的电磁环境。3.1开关操作变电站中主要有以下几种:隔离开关操作高压母线,断路器操作高压母线和高压线路,投切电容器组,投切空载变压器及电抗器。由于电容、电感均为储能元件，当开关操作使其状态发生变化时，会产生暂态过电压。而开关操作的母线上接有其它电气设备，构成了复杂的振荡网络，决定了暂态振荡电压波形是包含多种频率分量的衰减振荡波。母线（或电气设备间的连线）以天线的方式，将其电压、电流以暂态电磁场的形式向周围空间辐射能量，同时通过连接在母线或线路上的测量设备（CT、PT、CVT等）直接耦合至二次回路。开关操作产生的骚扰的频率一般为0.1～80MHz，每串骚扰波的持续时间为10μs～10ms。理论分析和实测数据可得出如下规律：——离开关操作相比，断路器操作所引起暂态的幅值小，主导频率高、脉冲总数少。——快速开关比慢速开关产生的暂态重复频率低，持续时间短。慢速隔离开关一次操作中可能产生上万个脉冲，而快速开关只产生几十个。（1）暂态磁场无论是操作刀闸还是断路器，产生的暂态磁场主波形的频率在150∼800kHz的频率范围内，地面上2m处的磁场幅值（峰-峰值）在数十A/m至数百A/m，而相应的地面处磁场幅值降低了约有一个数量级。即最大幅值为150A/m，地面处磁场最大幅值只有不到20A/m。新乡变隔离刀闸合空载母线时的磁场测量波形，磁场峰-峰值为300A/m。3.2雷电冲击雷击不会直接打到二次回路，而是由两个渠道间接对其产生骚扰：（1）雷击在高压线路上产生暂态过电压，会经过测量用的互感器（CT、PT、CVT）传递到二次回路。（2）雷击产生流入接地系统的暂态电流，使地电位发生变化，流过两端接地电缆外皮的电流增加。由雷击变电站在二次回路中产生的瞬态过电压的最大值可达7.9kV；而二次电缆的骚扰电压最高可达30kV，其频率可达几兆赫。3.3高压母线单相接地故障变电站内由于系统对地短路，大电流经接地点泄入地网，使接地点乃至整个地网的电位升高。如果二次回路和接地网的连接点靠近大电流的入地点，则这些点的电位随之升高，在二次回路中造成共模骚扰电压。变电站内高压母线单相接地时，在二次电缆芯线上产生的骚扰电压可以从几十伏到近万伏（12.3kV），暂态骚扰电压的频率约为几千赫到几百千赫。3.4高压线路产生的工频电、磁场在户外变电站中，高压线路或汇流排会产生工频电磁场。一般而言，电压等级越高，产生的电场也越大，但稳态工频磁场未必随电压增高而增加。3.5其它骚扰源（1）二次回路中的开关操作。由于电磁继电器的大量使用，二次回路自身工作时，产生中等频率的、振荡的暂态电压。其特征是：频带，30kHz～1MHz；幅值，小于2kV（峰值）。（2）无线电发射机。变电站工作人员用的无线电通信工具（发射机），高频场的主要来源。一个5W发射机在50cm远处产生电磁场的场强约为7V/m。此外，电晕放电、火花放电以及局部电火花等都会产生电磁辐射，高频载波也会产生不容忽视的辐射骚扰。（3）静电放电。控制设备可能遭受到工作人员向金属外壳或电子线路静电放电的影响。最大的人体静电电压可达15kV或更高，在采取防范措施后可降至4kV以下。4.抗干扰措施——距离——屏蔽——接地——滤波拉开距离是最简单、最直观的抗干扰措施之一。滤波技术是抑制电气电子设备传导骚扰、提高电气电子设备传导抗扰度水平的主要手段，也是保证设备整体或局部屏蔽效能的重要辅助措施。滤波主要依靠滤波元件，从简单的单一电容、电感，到复杂的各种滤波器。铁氧体环是重要的滤波元件之一。屏蔽设计有30dB与70dB准则：骚扰水平与抗扰度之差小于30dB，可不必专门的屏蔽设计；两者之差超过70dB，则需要复杂的或成本陡高的屏蔽措施；30dB~60dB之间，则是屏蔽设计的常用期望值。关于反射、吸收和屏蔽效能。电磁波投射到金属表面时，由于空气波阻抗与金属波阻抗的差异，会出现反射而产生反射损耗。进入金属表面的电磁波，在传播过程中会被金属吸收部分能量，产生吸收损耗。屏蔽效能由反射损耗（包括多次反射）、吸收损耗组成。为了给现场运行的二次设备提供安全工作的电磁环境，采用屏蔽的保护小室作为抗干扰的措施来解决保护及下放技术的应用和强电磁环境的矛盾，是国内500kV变电站建设和运行现行的一种方式。研究表明，因二次设备对变电站的电磁场具有较强的抗扰性能，因此保护小室应不以空间的电磁场为主要的防护对象，保护小室可以不采取专门的屏蔽措施。变电站内埋设有专门的接地网，并且接地网的设计应满足各种条件的要求,比如:——较低的接地电阻；——限制跨步电压和接触电压；——降低高频和低频共模骚扰；——能够承受短路的大电流。接地有多种方式，有单点接地，多点接地以及混合类型的接地。而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。一般来说，单点接地用于简单电路，不同功能模块之间接地区分，以及低频（f1MHz）电子线路。当设计高频（f10MHz）电路时就要采用多点接地了或者多层板（完整的地平面层）。用并行敷设大截面铜导体的方式，以保持信号回路的全部接地部分紧靠接地导体，减小转移阻抗，从而减小感应的共模电压。谢谢大家！