電磁兼容第4章

1、第四章 變電所的暫態(tài)干擾4.1 概述在第三章里已經(jīng)討論了電磁干擾的傳遞途徑，包括電的耦合（阻性耦合）；電容耦合；磁耦合；射線耦合。還討論了在數(shù)學上如何描述這些傳遞路徑；到達接收機的干擾量的定量判斷；以及預防措施。在討論電容耦合時，強調(diào)了“雜散電容”，而不是人為接入的“電容器”；討論磁耦合時，強調(diào)了一個電流回路在另一個電流回路的旁邊，即互感的存在。但在變電所里情況有所不同。變電所含一次部分： 電力的傳播和分配 二次部分： 測量、控制、保護由于雷擊、開關操作、故障等原因，在一次回路里會出現(xiàn)暫態(tài)過程（平時我們稱過電壓）。這種一次回路里的暫態(tài)過程會通過各種傳遞途徑傳遞到二次回路，這將可能干擾二次回路的

2、正常工作（造成誤動作），甚至破壞二次設備。本章不去討論一次回路里的暫態(tài)過程，這在電力系統(tǒng)過電壓課程里已經(jīng)詳細討論過了。主要討論：二次回路的暫態(tài)干擾，即一次回路的暫態(tài)電壓是通過怎樣的路徑傳遞到二次回路的；二次回路干擾量的定量分析；以及較小干擾的措施。傳遞路徑：變電所暫態(tài)電壓的傳遞路徑，歸根結底還是第三章所討論的幾種。不同之處在于除了“雜散電容”和“空間磁耦合”以外，還存在一些聯(lián)系一次回路和二次回路的元件，例如：PT、CT等。電磁式電壓互感器：負載高壓母線其中有：磁的耦合雜散電容的耦合高壓母線負載電容式電壓互感器：其中有：電容的耦合雜散電容的耦合磁的耦合負載高壓母線電流互感器：其中有：磁的耦合雜散

3、電容的耦合在電力系統(tǒng)電磁兼容（第四章的第五、六節(jié)，67頁起），分別對兩種電壓互感器的暫態(tài)響應進行了分析。本章將介紹這些內(nèi)容，作為對第三章的補充。一次回路里的暫態(tài)電壓與回路參數(shù)、運行方式、元件參數(shù)、開關特性等許多因素有關?，F(xiàn)場實測表明其波形為包含多種頻率分量的衰減振蕩波。IEC推薦的暫態(tài)電壓的典型波形以及用來描述波形的參數(shù)如下（賀書P60，圖48）：其中，U1最大峰值電壓； U3峰峰值電壓； U2/T2電壓的最大上升速率；T1最大峰值的上升時間T3單個子脈沖的衰減時間，2050s；T4脈沖持續(xù)時間，可能超過一秒；f1最高振蕩頻率f2振蕩頻率（f2 <f1），約為200kHz1MHz；f3子

4、脈沖的重復頻率；暫態(tài)電壓越高，當然危害越大（對一次和二次都是這樣）。暫態(tài)電壓的頻率、電壓上升時間對設備的影響也很大。越大，對變壓器的縱絕緣越不利；對二次回路中特別是電子器件也不利；在干擾的傳遞過程中，雜散電容、導線電感等的影響也更顯著。GIS在電力系統(tǒng)中的應用得到推廣，其中使用SF6等高強度絕緣氣體，它的操作（如隔離開關動作）會產(chǎn)生很陡的暫態(tài)電壓。因為操作形成的除了和回路參數(shù)有關以外，還與介質(zhì)的擊穿場強E0的平方成正比。在均勻電場中，SF6的E0約為空氣的23倍。故在間隙距離相同的情況下，SF6中產(chǎn)生的為空氣中的49倍。根據(jù)1.6節(jié)中所述，如何電壓波形都可用Fourier級數(shù)或積分表達。電力系

5、統(tǒng)電磁兼容P.67把這類暫態(tài)波形表達為：式中，Un、Um分別為n項和m項干擾電壓的幅值；Tn、Tm分別為n項和m項干擾電壓衰減的時間常數(shù)；m 高頻干擾電壓的角頻率；m 高頻干擾電壓的相位角。一次回路里由于開關操作、短路故障、雷擊等產(chǎn)生的暫態(tài)電壓基本上可分為若干項衰減的直流部分和若干項衰減的高頻振蕩部分。4.2 電磁式電壓互感器對暫態(tài)電壓的響應下面分別討論這種互感器對衰減的直流電壓和衰減的高頻干擾電壓的響應。 對衰減的直流電壓的響應設一次側(cè)干擾電壓為，衰減的時間常數(shù)Tn通常為幾個周波。這是比較慢的速度，互感器內(nèi)部的雜散電容（分布電容）可以忽略不計。這樣互感器的等值電路為：R1 一次繞組電阻；L1

6、 一次繞組的漏感；Lm 勵磁電感； 二次繞組電阻的折算值； 二次繞組漏感的折算值； 負載電阻的折算值； 負載電感的折算值。列方程求解可得其中，； （電壓互感器的時間常數(shù)）。注意到： Lm是勵磁電感，其數(shù)量是很大的，很大。對于高壓互感器而言（如110500kV）通常 ，因此，上式右邊第二項 很小（但衰減得很慢）。 是很小的 右邊第三項衰減很快。因此，上式右邊起主要作用的是第一項。這意味著：一次側(cè)衰減的直流暫態(tài)電壓u1(t) 在二次側(cè)可以充分地得到響應，即 相當真實地傳至二次側(cè)回路。 對高頻暫態(tài)電壓的響應前面已經(jīng)介紹過，暫態(tài)電壓高頻分量的振盈頻率可達幾百kHz，乃至MHz，因此在研究互感器的響應時

7、，又需考慮互感器內(nèi)部的分布電容，這是一個包括L、C、R的復雜網(wǎng)絡。近似地看，至少可以畫出以下的等值電路。C1 一次繞組對地電容；CE 二次繞組對地電容；互感器導線負載Ck 一、二次繞組之間的耦合電容；CS 連接導線的對地電容；ZB 負載阻抗；在電力系統(tǒng)電磁兼容P.69中，對此電路作進一步簡化，再把二次側(cè)的參數(shù)歸并到一次側(cè)，然后列方程求解，最后把結果表示成傳輸系數(shù)k的形式。所謂傳輸系數(shù)k，其含義為 ，其中： u1 是一次側(cè)的高頻電壓，頻率為； u2' 是折算到一次側(cè)的二次響應電壓。對不同的電壓，傳輸系數(shù)k是不同的。除了以外，k當然與復雜網(wǎng)絡（等值電路中各元件）參數(shù)有關。 由于電感電容的存

8、在，網(wǎng)絡存在自振（角）頻率； 由于繞組和負載中存在電阻，即存在衰減系數(shù)。賀書p70圖4-20給出了不同衰減系數(shù)時k與的關系曲線。由圖可見， 高頻暫態(tài)電壓也能很好地傳至二次回路； 當一次側(cè)暫態(tài)電壓的頻率等于或接近于互感器回路的自振頻率時，二次側(cè)的響應電壓會相當高； 實際上，互感器回路的自振頻率并不只有一個； 衰減系數(shù)越大，的幅值會越小。隨回路參數(shù)而變。繞組電阻/繞組漏感，即越小，越大；負載中電阻越小，越大；對地電容越小，越大。4.3 電容式電壓互感器對暫態(tài)電壓的響應電容式電壓互感器的原理接線圖：C1為高壓臂電容；C2為低壓臂電容；L為補償電感；CK為補償電容；RF為抑制鐵磁諧振用的阻尼電阻(消耗

9、的功率一般為400600W)。應用等效發(fā)電機原理（戴維寧定理），這個電路可改畫成：開路電勢。即把a、b兩點的右邊斷開，求a、b之間的電壓。C：短路阻抗。即把電源短接（把高壓端接地），從a、b兩點向左看所得到的阻抗，。 對衰減的直流電壓的響應， 在電磁式電壓互感器的情況下，如果忽略等式右邊的第二、第三項， 在電容式電壓互感器的情況下，由于C（C1C2）和Ck等電容的存在（C的數(shù)量在幾十F），情況要復雜些。在中除了衰減的直流分量外，還包含有振蕩分量（頻率不高，很大）。有人列出等值電路并進行近似計算，得到的結果如下：書p71.這個算例中，忽略了互感器內(nèi)部的等值電容，包括Ck在內(nèi)。在p71還有一張圖4

10、-23(b)，如上頁左下圖。該圖表示，如果考慮互感器內(nèi)部的等值電容，包括Ck，則在上還將疊加有高頻分量。該高頻分量的幅值與阻尼電阻RF的功耗PRF有關。PRF越大，即RF越小，高頻分量的幅值越小。 對高頻干擾電壓的響應如p72圖4-24，還是用傳輸系數(shù)k和的關系曲線來表示。 由于阻尼電阻RF的存在，使傳輸系數(shù)k與電磁式互感器相比明顯要低得多。 阻尼電阻RF的功耗PRF越大，k越低。（特別是諧振幅值）圖中的PHB是電壓互感器的輸出額定功率。 電容分壓器的電容量C也起減小的作用。C越大k越低。 當干擾信號的頻率升高時，k衰減得相當快（與電磁式PT相比）。4.4 減小二次回路暫態(tài)干擾的措施4.1節(jié)已指出，本章主要討論一次回路的暫態(tài)電壓通過互感器傳遞到二次回路的暫態(tài)干擾。當然變電所二次回路的干擾并不只是這種暫態(tài)干擾。第三章所討論的各種類型的耦合型式及其限制措施都存在和適用。這一節(jié)所談的措施是針對本章所討論的暫態(tài)干擾。這種暫態(tài)電壓的特點是幅值高。 一次回路的暫態(tài)電壓是由于開關操作、雷擊、短路故障等原因造成，其幅值就高于額定電壓。 通過互感器傳遞到二次回路，互感器的傳輸系數(shù)可以明顯大于1。就是說二次回路里，這種暫態(tài)過電壓的倍數(shù)會高于（明顯高于）一次回路。主要的措施：(1) 采用電容器和非線性電阻組成的浪涌吸收器抑制暫態(tài)干擾。通常在互感器的二次側(cè)設置浪涌吸收器。C一般可取0.5以下