气体绝缘变电站就地智能组件端口电磁骚扰建模和仿真

GIS变电站结构紧凑,因电子设备与一次设备高度融合,使得电子设备电磁兼容问题显得尤为重要。GIS设备开关操作产生的特快速瞬态电磁过程主要经由传感器-电缆-智能组件这段电路对电子设备产生电磁影响。对某500kV变电站内汇控柜智能组件端口的骚扰电压展开了测量研究。应用多导体时域频域变换法(TDFD)对传感器和汇控柜智能组件端口骚扰电压进行了建模仿真。并比较了仿真结果与测量结果的异同,验证了模型的有效性。     

500kV气体绝缘变电站开关操作对智能组件电流互感器端口电磁骚扰的实测及分析

智能变电站多将保护和控制以及监测等电子设备下放到汇控柜内,由于距离电磁骚扰源更近,使得这些电子设备的电磁兼容问题更加突出。为此,运用自制的电磁瞬态测量系统,对某500 kV气体绝缘变电站调试期间隔离开关和断路器操作在汇控柜电流互感器组件端口产生的骚扰电压进行了测量。测量结果显示,气体绝缘开关设备汇控柜内智能组件端口共模骚扰电压最大值为326.75 V,差模骚扰电压最大值为189.84 V。并分析比较了隔离开关操作、断路器合闸操作和断路器分闸–合闸–闸操作时端口骚扰电压的差异。断路器操作时端口骚扰电压有可观的幅值水平,尤其是断路器分闸–合闸–分闸操作时端口骚扰电压在幅值、微脉冲持续时间和上升沿上较隔离开关操作时有更为严重的情况出现。最后,研究了IEC 61000-4-18阻尼振荡波试验标准与实测波形的对应情况。实测波形参数和标准波形参数略有差异,总体的对应情况较好。实测端口的电磁骚扰水平低于IEC 61000-4-18标准的试验等级1。     

某500kV GIS变电站断路器操作对智能组件CT端口电磁骚扰的实测与分析

文中测量了某500 k V GIS变电站断路器合闸操作及断路器分闸—合闸—分闸操作时智能组件端口骚扰电压和GIS外壳地电位升,研究了GIS设备断路器操作对智能组件端口的电磁骚扰特性。结果表明,该站内断路器合闸时地电位升幅值最大不超过2 300 V,但分合分操作时有接近5 000 V;汇控柜端口处的骚扰电压不超过250 V;智能组件端口骚扰电压微脉冲波形上升沿很陡,在3.2~6.8 ns之间,小于前期试验研究结果。该站智能组件端口骚扰电压主频幅值要高于前期实验结果。     

GIS变电站二次设备端口电磁骚扰测量系统的研制及应用

在GIS变电站中,大量二次智能单元下放到本地汇控柜或者安装在GIS一次设备附近,例如:电子式互感器、合并单元、智能终端等测量监测设备。它们容易受到开关操作引起的瞬态骚扰电压影响而导致工作异常。为了制定相应的电磁兼容考核要求和防护措施,研究电磁兼容特性,需要通过测量掌握二次设备端口所受电磁骚扰电压特性,则需要满足特定要求的GIS变电站二次端口电磁骚扰测量系统。开关操作引起的二次设备端口瞬态骚扰电压的特点是:高频成分较多,分布在几兆赫至十几兆赫,最高可达上百兆赫;上升沿陡度大,可至数纳秒级;持续时间长,整个过程可达几百毫秒。文中使用基于阻容分压原理的高压探头,使用高速数字化仪为核心数据采集装置,研制了符合上述要求的测量系统。通过用高速数字化仪代替示波器、光纤控制远程通信和专业电磁屏蔽箱,使得该测量具有系统体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强、易于携带且成本较低的特点。通过直流高压、方波、雷电波以及现场测量试验,验证该测量系统够测量单峰值30 kV以内,上升沿5 ns的瞬态电压。该测量系统已在某1 000 kV特高压GIS变电站得到了应用。     

GIS设备开关操作对其传感器和智能组件端口骚扰电压的模拟试验研究

GIS变电站结构紧凑,因电子设备与一次设备高度融合,使得电子设备的电磁兼容问题显得尤为重要。GIS设备开关操作产生的特快速瞬态电磁过程主要由传感器–电缆–智能组件这段电路对电子设备产生电磁影响。针对变电站电磁环境的复杂性,且现场测量是获得传感器和智能组件端口电磁骚扰数据的主要手段,提出一种GIS设备传感器和智能组件端口瞬态电磁骚扰的模拟测试方法,该方法无需改变变电站原有的传感器和智能组件,且在变电站现场具有很强的可操作性,然后分别将该方法应用于实验室GIS设备试验研究平台及智能变电站现场,并获得GIS设备传感器和智能组件端口电磁骚扰的时域和频率特性。研究结果表明,采用有效的屏蔽措施和接地技术后,220 kV电压等级GIS变电站开关操作产生的电磁骚扰对传感器和智能组件的正常工作不构成严重威胁。     

高压开关操作引起瞬态电磁干扰的实测分析

为研究高压开关重击穿过程的发生规律,分析隔离开关和断路器操作产生电磁骚扰的特性,对500 k V变电站开关操作过程中导致二次回路的电磁干扰进行现场测量,并对开关操作产生的骚扰电压进行时域和频域特性分析,确定骚扰等级及主频范围。测量结果表明,就地汇控柜内二次设备端口骚扰电压幅值达到320 V,频率分布集中在45.83 MHz之内。断路器操作时端口骚扰电压有较大的幅值水平,尤其是断路器分闸-合闸-分闸操作时端口骚扰电压在幅值、微脉冲持续时间和上升沿上,相对于隔离开关操作有更为严重的情况出现。     

变电站二次电缆瞬态电磁骚扰的特征统计方法与不确定度分析

针对瞬态电磁骚扰数据样本量小和分散性强的特点,结合自助统计法,提出了偏差矫正的自助置信区间估计法和多次测量不确定度的B类评估方法。首先在变电站测量了开关操作时二次电缆端口的瞬态电磁骚扰,其次应用基于自助法的随机加权原理和偏差矫正的自助置信区间估计法,得到特征参数的统计均值和置信区间。然后应用瞬态电磁骚扰多次测量不确定度的B类评估方法,得到了特征参数的不确定度。最后评估标准波形特征参数与实测波形的符合性。分析结果表明：多次测量骚扰电压峰峰值的分散性是产生不确定度的主要因素;100~300 kHz区间实测骚扰电压的上升时间显著长于100 kHz慢速阻尼振荡波;6.5~10 MHz区间实测骚扰电压的上升时间显著长于快速阻尼振荡波;实测骚扰电压波形随区间频率的增加,持续时间缩短。     

智能变电站二次设备对开关瞬态的电磁兼容抗扰度要求分析

智能变电站合并单元、智能终端等二次设备位于开关场,容易受到开关操作产生的瞬态电磁骚扰影响,为保障二次系统可靠运行,需要建立符合工程实际的电磁兼容考核要求。为此通过研制瞬态电磁骚扰测量系统,对多个不同电压等级的智能变电站进行现场实测,得到开关操作引起的二次设备端口的电磁骚扰特性。试验结果表明:开关操作时二次设备端口共模、差模骚扰以及空间磁场波形均为阻尼振荡波,其中隔离开关操作引起的最大共模骚扰幅值接近2 kV,主频20 MHz。建议根据IEC 61000-4-18标准进行阻尼振荡波抗扰度试验,试验等级≥3级;根据IEC 61000-4-12标准进行阻尼振荡磁场抗扰度试验,试验等级≥5级,另增加3、10、30 MHz振荡频率的阻尼振荡磁场试验。     

冲击电流作用下二次系统骚扰电压统计特性及与抗扰度试验符合性研究

换流站二次设备容易受到雷击、故障及开关操作产生的瞬态电磁骚扰的影响。为适应电力系统的发展,提高二次系统可靠性,建立符合工程实际的电磁兼容考核标准,在某特高压换流站开展了冲击电流入地试验,实测得到二次设备端口的骚扰电压,并采用随机加权法及自助置信区间的统计方法获得骚扰电压的特征参数,并与GB/T 17626.5《电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验》和GB/T17626.12《电磁兼容试验和测量技术振铃波抗扰度试验》进行了对比分析。结果表明,标准浪涌波在持续时间及下冲方面与实测波形符合性较差;100k Hz的标准振铃波与此次测量的骚扰波形相关性较差,降低频率至20k Hz波形相关系数可达到0.89;综合考虑骚扰电压的外推结果与实际故障发生时的冲击电流,建议将浪涌和振铃波抗扰度最高等级试验电压提高至6k V。     

GIS变电站开关操作瞬态电磁骚扰研究进展

随着智能变电站的发展,GIS开关操作瞬态电磁骚扰问题更加突出,需要引起重视。该文介绍了国内外在GIS开关操作瞬态电磁骚扰试验、仿真和防护3个方面的研究进展,分析存在的问题,并给出解决思路。试验研究方面:建议采用光学效应传感器测量以解决D-DOT和B-DOT传感器低频带宽的不足;研制GIS隔离开关操作骚扰试验平台,可开展就地化保护装置端口的电磁骚扰测量。仿真研究方面:建议完善GIS套管模型以计及辐射损耗和对波形的调制作用;建议发展基于全波模型的地电位差传导骚扰和空间电磁场仿真。防护研究方面:推荐了互感器二次中性点和二次电缆屏蔽层的接地方式;建议在制定就地化保护装置电磁兼容抗扰度标准之前,可以基于GIS隔离开关操作骚扰试验平台开展抗扰度试验。     

特快速电磁暂态(VFT)试验平台的研制

GIS隔离开关操作产生的特快速电磁暂态(VFT)可能造成就地化保护装置发生故障甚至损坏,威胁变电站二次系统的可靠运行。为了研究VFT对就地化保护装置的影响,提出了VFT试验平台的设计方案(包括电气结构方案、就地化保护布置方案、接地方案),在武汉特高压交流基地建成了VFT试验平台;研制了VFT测量系统,开发了基于天线的同步触发装置,开展了特快速暂态过电压(VFTO)和就地化保护装置端口电磁骚扰同步测量,获得了就地保护装置端口的电流互感器(TA)、电压互感器(TV)传导骚扰、瞬态电场和磁场的波形特征,验证了研制的VFT试验平台能够产生相对严酷的GIS隔离开关操作特快速电磁暂态骚扰。     

变电站二次电缆屏蔽层电流对二次端口的耦合

短时电磁暂态作用下,变电站接地体间会产生相对电位差,使二次电缆屏蔽层中流过电流并耦合至二次设备端口,从而造成运行故障甚至设备损坏。鉴于此,通过模拟试验研究获取了二次电缆屏蔽层电流对二次端口的耦合特性,并分析了耦合机理。首先,搭建了模拟开关操作、短路故障、雷击等电磁暂态作用下,电缆屏蔽层电流对端口耦合的试验平台,并开展了试验测量。试验结果表明:当二次电缆的首端和末端接有相同的元件时,各类电磁暂态作用下,首端和末端耦合的端口电压均波形相同,极性相反;双芯电缆的端口电压只有共模电压,没有差模电压。然后,建立了电缆的集总参数等效电路,通过电路分析表明,端口的骚扰电压水平与电缆屏蔽层电流通过屏蔽层电阻产生的压降相当。研究结果还表明,二次端口的耦合系数随频率的上升而降低,耦合阻抗与频率无关,其值接近电缆屏蔽层的电阻值。这些结果为进一步研究二次端口的电磁骚扰防护奠定了基础。     

变电站地电位升测试系统的研发及其应用

为研究变电站接地短路或雷击故障造成的地电位升高及对二次设备造成的电磁骚扰,需要对变电站瞬态地电位升和二次设备电缆端口骚扰电压进行测量。根据变电站的测量环境与需求,设计和开发了一套具有高分压比、宽频带,适用于变电站现场复杂电磁环境的变电站地电位升测试系统。测试系统的硬件包括电磁屏蔽箱、独立电源模块、信号采集系统和光纤通信模块。基于Labview开发了测试系统和上位机的数据交互软件,实现了骚扰电压的自动测量和存储。经过专业机构性能检测表明,测试系统的电磁兼容性和测量功能均满足变电站现场使用要求,并在某220 k V变电站现场试验中获得了浪涌电压作用下接地网地电位升和电缆端口骚扰电压波形,证明了测试系统的有效性。     

变电站地电位升对智能组件的耦合计算模型

随着智能化GIS设备的发展,GIS设备上集成了大量电子设备,这些电子设备与一次设备高度融合,使得电子设备电磁兼容问题显得尤为重要。GIS设备开关操作产生的特快速瞬态电磁过程主要经由"传感器-二次电缆-智能组件"这段电路对电子设备产生电磁影响。首先建立了开关操作产生的地电位升对"传感器-二次电缆-智能组件"回路的耦合计算模型,然后通过验证试验证明了计算模型的有效性和准确性,最后对不同屏蔽层接地方式下的传感器和智能组件端口电磁骚扰进行了仿真研究。     

基于SWT的GIS电压互感器二次侧干扰分析

特快速暂态过电压（VFTO）是气体绝缘变电站（GIS）中切换隔离开关时产生的特殊电磁暂态现象。VFTO会以传导和辐射方式影响二次设备的正常运行。为探究VFTO对二次设备的干扰特性,文中采用自制的二次侧干扰测量装置对某1 000 kV GIS的电压互感器（PT）二次侧共模干扰进行现场实测。接着,对比了5种时频分析方法的性能,采用其中性能较优的同步压缩小波变换（SWT）对实测波形进行了时频分析。实测结果表明：PT二次侧的共模干扰电压峰峰值最高可达9.65 kV。微脉冲的时频分析结果表明：7.8 MHz频率分量幅值高,且贯穿波形的始终,是PT二次侧干扰的主导频率分量。该分析结果可为GIS中二次设备的电磁抗扰度测试和电磁防护设计提供参考。     

超高压系统隔离开关操作电磁骚扰的时频特性

为了解500kV交流系统隔离开关操作在二次回路产生电磁骚扰的特性,在不同的500kV交流变电站,对隔离开关操作在二次回路中产生的电磁骚扰进行了测量。结果显示:合隔离开关操作的共模骚扰信号是从大到小的衰减振荡波;而分隔离开关操作的共模骚扰信号波形则有完全相反的变化。骚扰信号在不同的变电站和测量点有不同的强度,最大幅值>500V,最长骚扰持续时间>4s。通过对骚扰信号时频特性的分析处理,得到隔离开关操作产生的骚扰为周期信号,其频谱是连续的,骚扰能量集中在0.833和1.67MHz附近2个频率点,系统二次设备设计和工作时应考虑避开;振荡脉冲为非周期函数,频谱连续,最高上限频率约2.5MHz。     

在GIS汇控柜处合闸造成保护装置越级跳闸

<正>1现场情况某110 kV变电站110 kV侧为单母线分段接线方式,进线、出线各一路,分段断路器一台。一次设备为GIS设备,二次设备为综合自动化设备。根据运行需要,调度下令110 kV出线由检修转运行。操作人员执行时发现,不能从后台机遥控合闸。因为急于送电,调度又下令从GIS设备汇控柜处合闸。GIS控制回路接线如图1所示。汇控柜设置了远方/就地转换开关ZK,操作人员将ZK置于就地位置,用合闸/分闸控制开关KK     

核电厂母线接地短路对二次电缆影响的研究

变电站发生母线接地短路故障时,会在屏蔽层双端接地的二次电缆屏蔽层上产生电位分布并在电缆与二次设备连接端口产生骚扰电压。通过CDEGS(Current Distribution,Electromagnetic Interference,Grounding and Soil Structure Analysis)建立了某核电厂的计算模型,基于矩量法计算了该核电厂GIL-GIS(Gas Insulated Transmission Line-Gas Insulated Substation)系统发生单相接地短路故障时二次电缆上产生的电磁骚扰,并分析了母线外壳的有无、外壳接地导体的数量以及短路点位置等相关因素对单相接地短路故障情况下二次电缆上的电磁骚扰的影响,得到了一些有益的结论。     

HVDC换流站二次系统暂态电磁骚扰的测量与计算

实验测量了开关操作时在二次系统终端产生的电磁骚扰电压,并在此基础上提出了二次电缆骚扰电压的计算模型。计算结果与测量结果比较,验证了计算模型的有效性。对于二次系统末端的电磁骚扰抗扰度设计具有一定参考价值。     

智能变电站就地智能设备电磁兼容抗扰度试验分析

随着智能变电站建设的全面推进,二次智能设备就地布置成为趋势,但就地布置后,开关场的电磁环境比保护小室更为严酷,为了研究开关场的电磁骚扰对就地智能设备的影响并定量分析电磁骚扰强度,在某110 k V智能变电站就地合并单元发生异常情况之后,运用排除法确定了刀闸操作产生的电磁骚扰是合并单元产生异常情况的重要原因,随后对该变电站就地合并单元进行电磁兼容相关实验并对其结构进行改进,测录了该110 k V和某500 k V智能变电站的电磁骚扰信号,分析了电磁骚扰信号的幅频和时频特性。结果表明:110 k V变电站的合并单元地线骚扰信号峰峰值为4.6 k V,500 k V变电站TV二次侧电压通道骚扰信号的峰峰值甚至达到了6 k V,此骚扰信号峰峰值大于IEC 61000-4-4标准规定的IV级电快速瞬变脉冲峰值,IEC61000-4-5标准规定的IV级浪涌(冲击)信号峰值和IEC61000-4-10标准规定的IV级阻尼振荡波幅值,此外,实测的骚扰信号主频都在兆赫兹级,目前最新的IEC61000-4-10阻尼振荡波抗扰度标准已经新增了3 MHz、10 MHz和30 MHz的振荡频率,因此综合来看,当前国内的电磁兼容抗扰度试验标准已不足以考核就地安装的二次智能设备。