變電站電磁干擾

變電站電磁干擾第1頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.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(kāi)關(guān)場(chǎng)中是目前輸變電工程建設(shè)的趨勢(shì)。由于500kV開(kāi)關(guān)場(chǎng)地的電磁環(huán)境的復(fù)雜性、嚴(yán)酷性，使得人們對(duì)這些安裝在現(xiàn)場(chǎng)的二次設(shè)備的安全性、工作可靠性等問(wèn)題提出疑問(wèn)。第2頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一關(guān)于變電站的電磁騷擾源，美國(guó)EPRI持續(xù)20年對(duì)各電壓等級(jí)的變電站電磁現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)測(cè)，取得了大量數(shù)據(jù)，提出了5卷技術(shù)報(bào)告對(duì)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(duì)電磁現(xiàn)象的實(shí)測(cè)。第3頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.電網(wǎng)諧波電網(wǎng)諧波是影響供電電能質(zhì)量的重要問(wèn)題，可以說(shuō)是公害：增加能耗、降低設(shè)備出力、引起設(shè)備不正?；蛘`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(wèn)題變得日趨嚴(yán)重，必須對(duì)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4頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一從電磁兼容觀點(diǎn)研究解決諧波問(wèn)題，是以兼容性水平為目標(biāo)，一方面規(guī)定了限值來(lái)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(guò)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5頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.變電站電磁騷擾及特性變電站中各種電磁現(xiàn)象如電場(chǎng)、磁場(chǎng)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6頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第7頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.1開(kāi)關(guān)操作變電站中主要有以下幾種:隔離開(kāi)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(kāi)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(guò)電壓。而開(kāi)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8頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一母線（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(chǎng)的形式向周圍空間輻射能量，同時(shí)通過(guò)連接在母線或線路上的測(cè)量設(shè)備（CT、PT、CVT等）直接耦合至二次回路。開(kāi)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9頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一理論分析和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可得出如下規(guī)律：

——離開(kāi)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(kāi)關(guān)比慢速開(kāi)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(kāi)關(guān)一次操作中可能產(chǎn)生上萬(wàn)個(gè)脈沖，而快速開(kāi)關(guān)只產(chǎn)生幾十個(gè)。第10頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）暫態(tài)磁場(chǎng)無(wú)論是操作刀閘還是斷路器，產(chǎn)生的暫態(tài)磁場(chǎng)主波形的頻率在150～800kHz的頻率范圍內(nèi)，地面上2m處的磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)最大幅值只有不到20A/m。第11頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一新鄉(xiāng)變隔離刀閘合空載母線時(shí)的磁場(chǎng)測(cè)量波形，磁場(chǎng)峰-峰值為300A/m。第12頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.2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(duì)其產(chǎn)生騷擾：（1）雷擊在高壓線路上產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)電壓，會(huì)經(jīng)過(guò)測(cè)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(guò)兩端接地電纜外皮的電流增加。第13頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一由雷擊變電站在二次回路中產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)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14頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.3高壓母線單相接地故障變電站內(nèi)由于系統(tǒng)對(duì)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(wàn)伏（12.3kV），暫態(tài)騷擾電壓的頻率約為幾千赫到幾百千赫。第15頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.4高壓線路產(chǎn)生的工頻電、磁場(chǎng)

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(chǎng)。一般而言，電壓等級(jí)越高，產(chǎn)生的電場(chǎng)也越大，但穩(wěn)態(tài)工頻磁場(chǎng)未必隨電壓增高而增加。第16頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第17頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.5其它騷擾源（1）二次回路中的開(kāi)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(wú)線電發(fā)射機(jī)。變電站工作人員用的無(wú)線電通信工具（發(fā)射機(jī)），高頻場(chǎng)的主要來(lái)源。一個(gè)5W發(fā)射機(jī)在50cm遠(yuǎn)處產(chǎn)生電磁場(chǎng)的場(chǎng)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18頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（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19頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.抗干擾措施——距離——屏蔽——接地——濾波第20頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一拉開(kāi)距離是最簡(jiǎn)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(jiǎn)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21頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一屏蔽設(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(guò)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22頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一關(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(guò)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23頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一為了給現(xiàn)場(chǎng)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(lái)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(guó)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(duì)變電站的電磁場(chǎng)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(chǎng)為主要的防護(hù)對(duì)象，保護(hù)小室可以不采取專門的屏蔽措施。第24頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變電站內(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25頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期一接地有多種方式，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(lái)說(shuō)，單點(diǎn)接地用于簡(jiǎn)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（完整的地平面層）。第26頁(yè)，