隔離開關(guān)開合下電子式互感器傳導(dǎo)干擾分析及抗干擾方法

杜芳

摘 要：處于運(yùn)行狀態(tài)下的電子式互感器很可能會(huì)出現(xiàn)電磁兼容以及電磁干擾等方面的問題，本次實(shí)驗(yàn)研究專門通過試驗(yàn)研究與建模仿真處理。對(duì)電子互感器的傳導(dǎo)干擾問題進(jìn)行了深入的研究與分析。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，通過TVS管與RC濾波相結(jié)合的作法能夠降低對(duì)互感口供輸出的影響，提高抗干擾性能。

關(guān)鍵詞：抗干擾方法；傳導(dǎo)干擾分析；隔離開關(guān)開合

根據(jù)以往的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，電子式互感器在電磁干擾的情況下可能會(huì)出現(xiàn)故障。在系統(tǒng)短路以及開關(guān)操作的應(yīng)用環(huán)境下，電子式互感器與一次導(dǎo)線的安裝位置距離比較近，在電磁場(chǎng)耦合與直接傳導(dǎo)等方面的干擾下容易受到影響。相比于電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)來說，這些方面的干擾明顯強(qiáng)于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

1 隔離開關(guān)開合下電子式互感器傳導(dǎo)干擾的關(guān)鍵問題分析

在進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)之前，實(shí)驗(yàn)人員需要對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使實(shí)驗(yàn)環(huán)境與電子式互感器的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境相一致。在以往的實(shí)驗(yàn)研究中，許多實(shí)驗(yàn)通過隔離開關(guān)操作所引發(fā)的電磁干擾來測(cè)試電磁兼容性，對(duì)電子式互感器在運(yùn)行狀態(tài)下所存在的部分問題進(jìn)行了深入的分析。然而這種實(shí)驗(yàn)方法在目的上主要體現(xiàn)在電子式互感器的質(zhì)量方面。對(duì)于電子互感器中隔離開關(guān)開合干擾的傳播過程與產(chǎn)生機(jī)制沒有進(jìn)行深入的研究與分析。所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也無法為電子式互感器的生產(chǎn)廠家提供有參考性的意見與建議。

本次實(shí)驗(yàn)研究對(duì)電子式互感器在運(yùn)行狀態(tài)下所受到的來自于隔離開關(guān)開合方面的影響進(jìn)行了深入的研究與分析，通過建模仿真的方式對(duì)電子式互感器中傳導(dǎo)干擾信號(hào)的傳播機(jī)理與生產(chǎn)機(jī)制進(jìn)行了研究與分析。同時(shí)，通過樣機(jī)互感器，對(duì)相關(guān)抗干擾措施的有效性進(jìn)行了判定。

2 建模

2.1 空心線圈電流互感器電磁干擾分析

本次實(shí)驗(yàn)研究所選用的電子式互感器以空心線圈為基礎(chǔ)，由合并單元、采集單元與一次傳感單元等元件所組成。重點(diǎn)分析不同部位在運(yùn)行狀態(tài)下的干擾情況。

2.1.1 一次傳感單元所受干擾分析

當(dāng)前我國(guó)所生產(chǎn)的電子式互感器普遍使用較寬的線圈頻帶，由于所使用的電流信號(hào)頻率較大，在空心線圈范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)比較大的電壓信號(hào)，影響空心線圈的運(yùn)行狀態(tài)。部分電子傳感器在電氣邊接的狀態(tài)下還可能會(huì)將電壓信號(hào)傳遞給采集單元，進(jìn)而影響到采集單元的運(yùn)行穩(wěn)定性。若被測(cè)電流為10kA，則工頻50Hz電流頻率下所產(chǎn)生的輸出電壓可以達(dá)到0.2V，若被測(cè)電流為300kA，則工頻50Hz電流頻率下所產(chǎn)生的輸出電壓可以達(dá)到1200V。這對(duì)于采集單元與線圈本身來說是一項(xiàng)十分嚴(yán)格的考驗(yàn)。

2.1.2 采集單元所受干擾分析

通常情況下，采集單元的位置往往在屏蔽盒內(nèi)，同時(shí)設(shè)置了電源接口、信號(hào)輸出接口與信號(hào)輸入接口。在運(yùn)行狀態(tài)下的采集單元所受到的干擾主要來自以下兩個(gè)方面：第一，在隔離開關(guān)開合的狀態(tài)下，暫態(tài)信號(hào)會(huì)作用與空心線圈，采集單元在電氣連接的作用下感應(yīng)到暫態(tài)信號(hào)；第二，開合過程中的隔離開關(guān)在電磁輻射的過程中產(chǎn)生瞬態(tài)電磁場(chǎng)，對(duì)于正常工作狀態(tài)下的采集單元電路會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響。其中比較嚴(yán)重的干擾為第一類干擾，金屬屏蔽盒的作用下，第二類干擾相對(duì)來說比較小。

2.1.3 合并單元所受干擾分析

采集單元與合并單元之間需要通過光纖來對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸。由于通常情況下采集單元不會(huì)受到直接的傳導(dǎo)干擾。處于控制室內(nèi)的合并單元不會(huì)受到十分強(qiáng)烈的電磁輻射干擾。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究性，采集單元與傳感單元位于同一個(gè)一次本體，相比于合并單元來說，會(huì)受到更加嚴(yán)重的電磁干擾。傳感單元是采集單元的主要干擾源，在建立傳感單元模型的過程中，要感應(yīng)輸出過程進(jìn)行仿真處理，對(duì)采集單元在輸出后的具有狀態(tài)進(jìn)行分析，結(jié)合仿真結(jié)果，對(duì)各項(xiàng)抗干擾措施進(jìn)行科學(xué)有效的制定。

2.2 隔離開關(guān)開合試驗(yàn)建模

暫態(tài)電流信號(hào)是產(chǎn)生干擾的主要源頭。本次實(shí)驗(yàn)研究通過電路開全來收集暫態(tài)電流，再通過空心線圈與暫電流來對(duì)暫態(tài)輸出信號(hào)進(jìn)行模擬。對(duì)隔離開關(guān)過程中所產(chǎn)生的感應(yīng)頻率與感應(yīng)電壓進(jìn)行分析。A/D轉(zhuǎn)換器是采集單位十分重要的組成部分之一，這就需要對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器與空心線圈之間的關(guān)系進(jìn)行專門的分析。最后，根據(jù)輸出信號(hào)所體現(xiàn)出來的具體特點(diǎn)對(duì)抗干擾措施進(jìn)行制定。在建模仿真技術(shù)的支持下，對(duì)具體的抗干擾技術(shù)進(jìn)行改良與優(yōu)化。

3 抗干擾措施的優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了提高電子式互感器的抗干擾能力，在部分應(yīng)用環(huán)境下可以使用防護(hù)器件，需要注意的是所使用的防護(hù)器件不可以對(duì)互感器的正常工作狀態(tài)造成干擾，在沒有抗干擾措施和施加抗干擾措施兩種狀態(tài)下的輸出情況，互感器在加抗干擾措施的同時(shí)也加入了TVS管與RC濾波電路，可以得到相互重合的波形，通過FFT分析法對(duì)兩種波形進(jìn)行研究，這兩種濾形只存在0.01%的差異，提示在電子互感器中加入防護(hù)器件對(duì)于正常運(yùn)行狀態(tài)下的互感器不會(huì)造成影響。

4 結(jié)束語

建立空心線圈電流互感器與隔離開關(guān)開合試驗(yàn)的仿真模型，能夠?qū)Ω哳l電流波形進(jìn)行有效的描述，所得到的研究數(shù)據(jù)與測(cè)試結(jié)果基本吻合，對(duì)于瞬態(tài)電磁干部的運(yùn)行路徑與產(chǎn)生原理的分析有著十分重要的意義。