淺析變電站的電磁環(huán)境

韓佳佳

（長(zhǎng)治供電公司，山西 長(zhǎng)治 046000；武漢大學(xué)，湖北 武漢 430072）

電力在社會(huì)生產(chǎn)和人類(lèi)生活中的廣泛應(yīng)用及電子及通信技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致電磁場(chǎng)、電磁波彌漫在人類(lèi)的生存環(huán)境中，形成現(xiàn)代社會(huì)所特有的電磁污染。變電站作為復(fù)雜電磁環(huán)境的代表，具有頻率范圍廣，從工頻、低頻到高頻振蕩；電磁騷擾強(qiáng)度大，雷電電磁騷擾可能達(dá)到幾十千伏；電磁騷擾的耦合途徑有多種。因此，分析變電站各種騷擾狀態(tài)下的電磁環(huán)境，可有效提高設(shè)備抗干擾性能。

1 研究背景

變電站一次設(shè)備是由保護(hù)、控制、計(jì)量及通信裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)。而控制、保護(hù)、計(jì)量和通信系統(tǒng)對(duì)外界騷擾的耐受力較弱，極易受干擾。容量的不斷增大、電壓等級(jí)的不斷增高，使得變電站遭受的電磁騷擾更加嚴(yán)重，極易導(dǎo)致保護(hù)性能變差、保護(hù)裝置不能正確動(dòng)作、拒絕動(dòng)作等；嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)信息丟失或二次系統(tǒng)嚴(yán)重故障，這都直接影響系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

2 根本原因

變電站倒閘操作，雷電沖擊，單相接地短路故障，二次回路中的開(kāi)關(guān)、繼電器操作，靜電、放電等都會(huì)通過(guò)不同的耦合途徑傳入二次回路中形成暫態(tài)騷擾。目前，變電站電壓等級(jí)不斷提升，主變?nèi)萘坎粩嘣龃?，造成的暫態(tài)騷擾在二次回路中也更加強(qiáng)烈，直接影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。

3 特征分析

3.1 倒閘操作

倒閘操作主要由母線(xiàn)、線(xiàn)路、主變停送電、電容器組投切等構(gòu)成。母線(xiàn)上連接的儲(chǔ)能元件在倒閘操作過(guò)程中，尤其電容器等狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，要產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)電壓，構(gòu)成復(fù)雜的振蕩網(wǎng)絡(luò)耦合到二次回路中，在二次回路中出現(xiàn)大量快速衰減的振蕩脈沖。

就目前國(guó)內(nèi)外所獲得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可得：倒閘操作中，由斷路器切合電源比隔離開(kāi)關(guān)切合電源所引起的主導(dǎo)f要高、U暫態(tài)要小、脈沖總數(shù)要少；斷路器拉合速度越快,產(chǎn)生的暫態(tài)重復(fù)f越低，持續(xù)t越短；倒閘操作過(guò)程中產(chǎn)生的電弧并不是電磁干擾的最主要來(lái)源，電磁干擾主要是由母線(xiàn)與二次設(shè)備之間的輻射性電磁耦合而引起的。

3.2 雷電沖擊

雷電是大氣層中頻繁且強(qiáng)烈的電磁騷擾源。當(dāng)雷電直擊于輸電線(xiàn)路時(shí)，雷電流直接通過(guò)線(xiàn)路泄入變電站，在變電站一次設(shè)備上產(chǎn)生雷電侵入波過(guò)電壓；當(dāng)雷擊大地時(shí)，在線(xiàn)路上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓。雷電壓與雷電流通過(guò)容性耦合、感應(yīng)耦合或阻性耦合傳到二次設(shè)備上時(shí)，會(huì)使其性能劣化或運(yùn)行狀態(tài)改變。

從變電站雷電沖擊試驗(yàn)研究結(jié)果可知：雷電沖擊引起的騷擾U較高，使芯線(xiàn)對(duì)地之間的騷擾電壓可達(dá)30 kV以上，騷擾電壓的f也很高。雷電是變電站的主要騷擾源之一。為保證變電站二次設(shè)備安全可靠，需通過(guò)開(kāi)展沖擊抗擾度試驗(yàn)、脈沖磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)來(lái)保證電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性。

3.3 單相接地短路故障

單相接地造成系統(tǒng)短路故障時(shí)，將有大電流經(jīng)過(guò)接地點(diǎn)侵入接地網(wǎng)，使接地點(diǎn)與整個(gè)接地網(wǎng)的電位都升高。如果二次電纜的屏蔽層通過(guò)不同的接地點(diǎn)接地，由于各個(gè)接地點(diǎn)間的電位不同，將會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)電流并流經(jīng)接地網(wǎng)接地電阻與二次電纜屏蔽層，再通過(guò)電磁耦合感應(yīng)出縱向電動(dòng)勢(shì)，并通過(guò)測(cè)量設(shè)備引入二次回路。例如，500 kV變電站發(fā)生高壓母線(xiàn)單相接地引起短路故障時(shí)，二次電纜芯線(xiàn)上將產(chǎn)生從幾十伏到近萬(wàn)伏的騷擾電壓。由此可知，入地電流的大小直接影響二次電纜芯線(xiàn)上產(chǎn)生的暫態(tài)騷擾電壓。

3.4 二次回路中的開(kāi)關(guān)、繼電器動(dòng)作

由于二次回路中繼電器的大量使用，而繼電器由于采用了更先進(jìn)的技術(shù)，靈敏度得以提升，二次回路在其正常運(yùn)行過(guò)程中，難免會(huì)產(chǎn)生等頻率振蕩的暫態(tài)電壓。

3.5 靜電放電

保護(hù)、控制、計(jì)量及通信裝置在被帶靜電的人直接接觸該設(shè)備時(shí)引起的放電，或相鄰物體間相互干擾引起放電等影響時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電子測(cè)量和控制裝置失靈，或保護(hù)信息丟失等嚴(yán)重故障。

4 結(jié)論

本文對(duì)變電站在各種電磁騷擾下的電磁環(huán)境進(jìn)行了分析，明確了主要騷擾源的特征，介紹了一次電磁騷擾通過(guò)傳導(dǎo)、感應(yīng)、輻射耦合途徑進(jìn)入二次系統(tǒng)形成干擾的過(guò)程，所得的結(jié)論可以為抑制變電站電磁干擾所采取的措施提供合理的建議，也可為二次設(shè)備的抗擾度設(shè)計(jì)提供參考。