HVDC屏蔽效能的分析方法及屏蔽技術(shù)的研究

【摘 要】本文重點(diǎn)研究了矩量法（MoM）在大尺度屏蔽體及HVDC閥廳屏蔽效能分析中的應(yīng)用。通過建立大尺度空間屏蔽體模型分析了不同孔縫參數(shù)、不同孔洞參數(shù)、不同搭接參數(shù)、不同屏蔽材料對屏蔽體的屏蔽效能的影響，再通過與參考文獻(xiàn)算例計(jì)算結(jié)果對比以及與實(shí)際模型測量試驗(yàn)對比兩方面進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證了本文所采用方法的正確性。

【關(guān)鍵詞】大尺度屏蔽 矩量法 屏蔽效能 HVDC閥廳

一、引言

高壓直流輸電工程的電磁兼容性設(shè)計(jì)已成為“十一五”期間國家電網(wǎng)重點(diǎn)項(xiàng)目工程，所以，在測量、試驗(yàn)、建模、計(jì)算等方面對HVDC換流站的電磁兼容性問題開展深入的研究具有重大意義。目前，我國在HVDC換流站的電磁兼容性研究工作才剛剛起步，雖然我國正在逐步實(shí)現(xiàn)高壓直流輸電工程國產(chǎn)化，但換流站的電磁兼容性設(shè)計(jì)還處于模仿國外設(shè)計(jì)階段。尤其對HVDC換流站的電磁騷擾特性和閥廳的電磁騷擾外泄抑制措施方面我國還缺乏必要的研究和認(rèn)識，這在很大程度上制約了我國高壓直流輸電工程國產(chǎn)化進(jìn)展速度。

二、研究方法及內(nèi)容

屏蔽是電磁干擾防護(hù)控制的最基本方法之一。電磁屏蔽的含義是使用某種導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻钠帘误w封閉需要屏蔽的區(qū)域，形成電磁隔離，使其內(nèi)部的電磁場不能泄漏出去或外來的輻射電磁場不能進(jìn)入這個區(qū)域。屏蔽體可以大如一個安裝有整體金屬材料的建筑物，小到柔軟的電纜金屬編織帶，常見的屏蔽如儀器設(shè)備的金屬外殼。

矩量法基本原理是把整個連續(xù)區(qū)域剖分為許多離散子域。在子域中，用帶有未知系數(shù)的基函數(shù)來表示未知函數(shù)。因此，無限個自由度問題就被轉(zhuǎn)化成了有限個自由度問題，采用伽略金等方法得到一矩陣方程，求解這一矩陣方程獲得上述問題的解。

（一）不同參數(shù)對屏蔽效能影響

本文以一尺寸為10m×6m×10m的金屬屏蔽體建立模型，材料為普通鋼板，厚度為1mm，激勵源采用平面波，場強(qiáng)大小為10V/m，平面波沿-Z方向傳播，電場垂直于Y軸極化，分析屏蔽體中心電場屏蔽效能。

1.不同縫隙寬度對屏蔽效能影響。

通過仿真結(jié)果的對比我們可以得出以下結(jié)論：在100MHz整個頻段內(nèi)，當(dāng)縫隙寬度為0.5mm和1mm時，屏蔽體中心點(diǎn)屏蔽效能基本一致，當(dāng)縫隙寬度增大到 1cm，中心點(diǎn)屏蔽效能明顯下降，電磁波通過寬縫隙耦合進(jìn)入屏蔽體內(nèi)部的場強(qiáng)增大，屏蔽效能降低。

2.不同參數(shù)孔洞結(jié)構(gòu)對屏蔽效能影響

分別在兩個模型+Z表面開4個半徑0.5cm、16個半徑0.25cm的圓孔，使其總面積相同，輻射源為平面波，幅值為10V/m，沿-Z方向入射，電場平行于Y軸極化。通過仿真結(jié)果的對比，我們可以得出以下結(jié)論：在100MHz整個頻段內(nèi)，在孔洞總面積相等情況下，除個別頻點(diǎn)外，16孔陣屏蔽效能要好于4孔陣的屏蔽效能。

3.搭接結(jié)構(gòu)對屏蔽效能影響

通過仿真計(jì)算結(jié)果的對比，屏蔽體采用搭接結(jié)構(gòu)后，屏蔽體的屏蔽效能隨著搭接長度的增大而升高。

為了驗(yàn)證本文計(jì)算程序的正確性，本文從數(shù)值計(jì)算方面進(jìn)行了驗(yàn)證，建立與文獻(xiàn)[3]相同模型應(yīng)用矩量法進(jìn)行計(jì)算。對比模型為一個30cm×30cm×12cm大小的屏蔽體（材料為良導(dǎo)體），激勵源采用平面波，場強(qiáng)大小為10V/m，平面波入射方向?yàn)?X，極化方向平行于Z軸。頻率范圍0.1-1GHz。通過比較我們可以出，MoM法計(jì)算結(jié)果與參考文獻(xiàn)結(jié)果基本吻合，證明了本文所采用算法的正確性。

（二）HVDC 閥廳屏蔽效能分析

1.穿墻套管建模及屏蔽效能分析

換流站內(nèi)換流變壓器、平波電抗器等設(shè)備部分結(jié)構(gòu)須由墻壁穿入與閥廳內(nèi)換流閥塔連接，從而在閥廳墻壁形成穿墻套管結(jié)構(gòu)。為防止閥廳內(nèi)電磁輻射通過這些孔洞結(jié)構(gòu)外泄，必須在穿墻套管處進(jìn)行封堵處理。根據(jù)計(jì)算結(jié)果得知，隨著頻率升高屏蔽效能逐漸降低，在1-10MHz整個頻段內(nèi)，采用單層封堵材料和雙層封堵材料后穿墻套管處SE均滿足40dB屏蔽要求。雙層封堵材料屏蔽效果明顯好于單層封堵材料屏蔽效果，兩者相差約30dB左右。

2.搭接結(jié)構(gòu)建模及屏蔽效能分析

根據(jù)計(jì)算結(jié)果得知，隨著頻率升高屏蔽效能逐漸增大，在1-4MHz頻段內(nèi)，搭接長度L=3cm時和L=5cm時屏蔽效能基本相同。隨著頻率升高，搭接長度L=3cm時屏蔽效能明顯下降，頻率10MHz時，已不滿足40dB屏蔽要求；搭接長度L=5cm時，尤其是在大于5MHz頻段屏蔽效能明顯好于搭接長度L=3cm時的屏蔽效能，1-10MHz整個頻段內(nèi)都滿足40dB屏蔽要求。

三、總結(jié)

通過建模對大尺度屏蔽體進(jìn)行了計(jì)算仿真，分別計(jì)算了屏蔽體采用不用孔縫結(jié)構(gòu)、孔洞結(jié)構(gòu)、不同屏蔽材料及入射波不同極化方向時屏蔽效能的變化，并且分析了屏蔽體內(nèi)部屏蔽效能分布情況。最后與其它文獻(xiàn)數(shù)值計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)方法兩方面對比，驗(yàn)證了計(jì)算程序的正確性。本章主要按實(shí)際的HVDC閥廳建筑參數(shù)，根據(jù)工程圖，利用基于矩量法的FEKO對閥廳建模，計(jì)算了一定頻段內(nèi)穿墻套管、墻壁搭接、閥廳門三處電場強(qiáng)度，分析了上述三處屏蔽結(jié)構(gòu)的屏蔽效能。由計(jì)算結(jié)果可以得到，如不進(jìn)行封堵等工藝處理，此三處屏蔽結(jié)構(gòu)存在電磁泄漏，場強(qiáng)明顯大于其它閥廳其它處。在穿墻套管和門縫處進(jìn)行封堵處理后，屏蔽效能能夠達(dá)到40dB屏蔽要求 。

參考文獻(xiàn)：

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