电力系统技术发展对二次自动化设备的电磁兼容

摘要:电力系统二次自动化设备是电力系统运行设备的一个部分,在讨论其电磁兼容问题时,应结合电力系统的电磁环境进行综合、全面地考虑。研究二次自动化设备的电磁兼容性能是为了提高二次自动化设备抵御各种干扰的能力,同时降低设备对周围其它设备的干扰程度,从而提高系统运行的可靠性。文章就当前电力系统中已广泛应用的GIS开关、变电站综合自动化以及保护下放技术应用后所带来的电磁环境变化和对二次自动化设备的影响问题进行了分析,对二次自动化设备电磁兼容性能的评价具有参考意义。 

 

    关键词:电磁兼容;电力系统; GIS变电站;综合自动化 

盛世皇朝总代 1 概述 

盛世皇朝总代     电磁兼容,是指设备或系统在其所处的共同的电磁环境中不受干扰能正常工作同时不对该环境中任何其他事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。电磁兼容问题在电力系统中得到了强烈的体现:一方面,电力系统是一个强大的干扰源,在其正常运行或者故障时都会产生各种稳态或暂态干扰,如大电流设备附近的磁场、开关操作时的暂态干扰等。另一方面,随着现在微电子技术的普遍采用,对干扰具有很高敏感性的各种二次自动化设备在电力系统运行中起着重要的作用,他们在极大提高电力系统自动化运行程度的同时,不可避免地会遭受到来自电力系统内部或其他的一些干扰影响而有可能导致其工作失常,从而成为影响电力系统安全可靠运行的一个隐患。 

盛世皇朝总代     电力系统二次自动化设备是电力系统运行设备的一个部分,在讨论其电磁兼容问题时,不应该把它孤立地作为一个电子设备来进行,而要结合电力系统的电磁环境进行综合、全面地考虑。研究二次自动化设备的电磁兼容性能,最终的目的是提高二次自动化设备抵御各种干扰的能力,同时降低设备对周围其它设备的干扰程度,从而提高系统运行的可靠性。然而,设备抗干扰性能的提高并不是无限度的,无论是从技术上还是经济上都是不现实的。从电力系统这一大的电磁环境角度出发,只有在对干扰源以及干扰耦合途径进行深入研究的基础上,对二次自动化设备所处的电磁环境进行合理的评估,才能对其抗干扰性能提出合理的要求,并在此基础上研究提高其抗干扰能力以及抑制其所产生干扰的程度。 

2 电力系统电磁兼容问题描述 
   
    如果把二次设备作为一个干扰的感受者来进行讨论的话,那么电力系统的电磁兼容问题可以用下图来描述。

    各种干扰二次设备耦合途径 通过各种连接线的传导作用或通过空间的辐射作用 

    影响二次设备的主要干扰源有: 

    a)一些自然的干扰如:雷击、静电等。 

    b) 操作或系统故障时的瞬态干扰如:隔离开关和断路器操作、低压回路继电器动作、接地故障时短路电流引起的共模干扰等。 

    C)系统运行时的稳态干扰:如高压设施附近的工频电场和磁场、附近电子或通信设备的干扰等。 

    其中对二次设备最具影响作用的干扰是一次开关(隔离开关和断路器)动作时产生的瞬态干扰,这种瞬态干扰一方面以场的形式向外辐射,通过对二次设备的外接导体(各种回路连线、地线)的耦合或者直接通过空间的辐射耦合进入到二次设备内部,另一方面直接通过二次设备连接到高压设施的导体(PT、CT、高频载波通道等)传导进入二次设备内部,影响二次设备的正常工作。 

    解决电力系统电磁兼容问题的途径在于a)对系统的电磁环境进行测量评价;b)在系统设计建设中采取必要的合理的措施,减缓干扰对二次设备的作用;c)提高二次设备本身的抗干扰能力。 

    事实上,国内外研究人员通过多年的努力已经积累了大量的数据,并依据其制定了相关的标准和导则用于指导电力系统的设计和二次设备的设计,但是随着电力技术近几年的发展,一些新技术得到广泛的应用,由此而带来的电力系统电磁环境的变化以及对二次设备的影响问题,值得大家进一步的关注和研究。 

盛世皇朝总代 3 GIS变电站 

盛世皇朝总代     与传统的AIS变电站相比较,GIS由于与周围环境隔绝、占地面积缩小以及运行安全和维护方便等优点,正日益广泛地应用在变电站建设中。GIS在使得变电站体积缩小的同时所带来的系统电磁环境的改变正成为人们致力于研究的一个课题。 

盛世皇朝总代     与传统的AIS相比较,GIS电气部件的尺寸要小得多,而且被封闭在屏蔽的金属壳里,因此在其开关操作时产生的干扰与传统的AIS具有不同的特征。 

    由于被封闭在金属壳里,GIS所产生的干扰主要是通过流动在母线上的干扰来回反射,以场或者电压(电流)的形式向外传递或者通过GIS外壳以及当其一些连接处(如在套管或接地处等)存在屏蔽不连续点时形成较强的辐射源,以场的形式向外辐射, 

3.1 瞬态场 

    一次开关动作所产生的瞬态磁场水平取决于母线中的瞬态电流值,而瞬态电流值则在很大程度上取决于系统电压与瞬态阻抗之比,因此,可以这么说,系统电压越高,瞬态磁场水平越大。在AIS 变电站中,一般在母线下方和非常靠近母线处直接测量的磁场水平在30-100A/m(峰值)。而在GIS变电站中则相对要低一点,一般为10-50A/m(峰值)。磁场水平随着与母线的距离增大迅速减小,在离母线大约10米距离上磁场强度至少要衰减3倍。 

盛世皇朝总代     母线下的瞬态电场幅值与磁场相似,在AIS变电站中,所测值一般3至10KV/m(峰值),GIS变电站中所测到的值比AIS变电站要低一点,同样,电场值与系统的电压等级相关,电压等级越高,电场值越大。但是,在GIS变电站非常靠近套管处电场值却非常之大,可以达到30KV/m。与AIS不同的是,GIS一次开关动作时所测到的暂

态电场短时间后即趋向于零,而不是维持在一个常数上,这可能是由于其金属外壳接地所致。 

盛世皇朝总代     从频率特征上来看,由于GIS的特性阻抗比AIS要小得多,这就使得GIS与母线或架空线在连接处阻抗不匹配加剧,导致了干扰电流(电压)波的反射增加,因此,GIS较之AIS产生的干扰波振荡频率更高。一般在AIS变电站中所测到的场的主导频率在3MHz以下,而在GIS变电站中测到的则要高得多,通常是AIS的10倍以上,大多数情况是在50MHz以下,但其上限频率却可达到100MHz以上。 

    由于通常GIS高压设备和电子设备之间的距离较近,因此在GIS变电站中暂态电磁场辐射对设备的影响应引起足够的重视。 

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