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摘要：高压开关柜在电力行业起着举足轻重的作用，但是电磁干扰限制了高压开关柜的发展与应用。为此，结合多年实践经验，总结了电磁干扰的途径，分析了高压开关柜的干扰源，并有针对性地提出了高压开关柜母线室的电磁屏蔽方法。
关键词：高压开关柜；电磁干扰；屏蔽
引言
高压开关柜作为接受和分配电能的重要电力设备，广泛应用于输、配电网的每一个环节，它的可靠运行直接关系到整个电网的安全和电力系统对用户的供电质量，是电力系统中最重要的电气设备之一。随着社会的发展，用地越来越紧张，配电房占地面积小，对高压开关柜的小型化、紧凑化要求越来越高，为适应社会的需求，在节省开关柜的空间尺寸及其占地面积的同时也给开关柜的绝缘和结构设计提出了更严苛的要求。在对开关柜进行结构设计和绝缘布置时，除了要求考虑相间及对地的电气间隙、导体间的温升等技术参数，更需要考虑开关柜在分合闸操作及其它线路异常导致的电磁干扰危害。
1高压开关柜的干扰源
在电力系统中，高压开关柜的电磁干扰来源主要体现在系统结构及运行环境两个方面。伴随着电力设备智能化的发展应用，开关柜本身电路 （如继保装置、通讯设备、看门狗、DTU） 产生的谐波干扰高达300 MHz ，这种干扰是由系统结构、元件布局和生产工艺等所决定的，也是内在因素；外在运行环境方面，供电系统中主要体现在上级变压器输出电压的稳定性、母排产生的强电场、强磁场、二次控制直流系统杂散电流、接地系统、开关柜操作对电场的影响等多个方面，当然也包括电压互感器、电流互感器及高压电缆使用造成的辐射干扰。某线 33 kV 馈线微机保护测控单元 F650 在33 kV母线带电状态下，操作隔离开关受电磁干扰重启，若在母线无压时进行操作，则不会发生。综合比较分析受电磁干扰重启F650运行内外部环境、系统结构、交直流电源的稳定性、一次回路电磁场、直流系统杂散电流、接地系统、开关柜操作对电场的影响等多个方面信息，可确定的是电磁干扰源来自于母线有压空载时对隔离开关的操作。母线空载时开关断口间存在不等电位，断口间的电场在动静触头距离改变过程中产生突变，出现高达几百次的重复燃弧及断弧的过程，包含有多种高频分量的衰减振荡波，波形的持续时间从 μs 至ms不等，上升时间为ns级，典型过电压瞬时上升至约为相电压幅值的2倍。电弧的熄灭和重燃在母线上产生一系列的高频电流和电压波，以瞬态电磁场的形式向周围空间辐射能量，并可通过与母线相连接的PT、CT及避雷器等一次设备直接耦合到二次控制回路 。无论该瞬变电磁场以何种形式耦合传导，均可以对变电所内控制设备形成强烈的干扰，并在一些特定频段影响微机综合保护测控装置，造成死机或重启。研究开关操作产生的瞬态电磁场特性，完善防护措施十分必要，目前，切断干扰途径或降低耦合程度的传统方法是屏蔽、接地、隔离及滤波。
2电磁干扰的途径
如图1所示，电磁干扰由3个基本要素组合产生，分别为电磁干扰源、耦合途径以及敏感设备。其中，电磁干扰源又可以分为内部与外部两种干扰源，是指一些能够产生电磁干扰的元器件、设备或者系统等，且自身产生的电磁波会对正常运行的设备产生电磁干扰；耦合途径是指将电磁干扰传输至受干扰设备的途径，它往往是通过传导/辐射两种方式得以实现；敏感设备可以理解为较容易受到电磁干扰的设备，也恰恰为屏蔽电磁干扰提供了一个努力研究的方向，如通过强化敏感设备的抗干扰能力，进而提高电磁设备的电磁兼容性能。
3高压开关柜母线室的电磁屏蔽
3.1空间辐射电磁干扰排除
工程实际中微机保护测控单元F650后部接线模块及内部板件单元均安装在密封的33 kV GIS 开关柜中，要采用增加屏蔽的方式减少电磁干扰，有效且易行的方法莫过于加装铁质屏蔽罩。研究人员在考虑装置散热，安装空间及是否造成其他负面影响等多种因素的前提下，对金属屏蔽罩进行了图纸设计，生产并经干扰试验屏蔽功能有效后用作现场测试，如图2。现场安装后的测试过程中仍出现了F650重启现象，发生重启的统计几率较加装前并未减少，说明HMGS 80型产品干扰电磁场在开关柜二次室内的空间辐射不是造成电磁干扰的主要因素。
图2 F650金属屏蔽罩
3.2屏蔽板的安放位置
屏蔽板安放的位置对高压开关柜母线的电磁屏蔽效果有非常大的影响，而通过研究母线参数对屏蔽的影响发现，“品字形”排列的效果较为理想。为此，研究屏蔽板安放位置时，选用了“品字形”排放方式，结合位置设计了3种方案，分别命名为“甲方案” “乙方案” “丙方案”，具体如图3所示。通过高斯计测量甲方案、乙方案、丙方案的磁场强度大小，绘制了不同位置屏蔽板磁场强度的分布情况曲线图，如图5所示。结合图5可以发现，屏蔽板对于磁场屏蔽确实有一定的作用，且不同的位置会起到不同的屏蔽效果。经过对比分析发现，虽然甲方案与丙方案都能够起到屏蔽作用，但丙方案的屏蔽效果较好。
3.3 不可靠接地线的感应电磁干扰
F650装置原有接地线截面积为2.5 mm 2 ，与装置采集、保护及控制回路接线同一路径布置，在柜内接线端子排汇同其他二次回路接地统一连接至柜内接地小母排。依据干扰电磁波有可能的传播途径，考虑不可靠接地线感应电位引起装置死机重启的可能性。测试过程中将装置原有接地线解除，选用截面积为 4 mm 2 接地线，改变原有接地线敷设路径，与二次室内其他接线及地线分开布置，直接连接至柜内接地小母排，在33 kV母线带电状态下，进行多次隔离开关操作测试及长时间运行观察，非正常重启现象完全消除，初步判断不可靠接地线感应电位的干扰电磁波是造成前期F650装置非正常重启的重要原因。
结语
开闭所内高压母线空载运行时，开关动静触头存在不等电位，在开关操作过程中，会产生含有多种频率分量的衰减震荡波。在断口间引起的重复燃弧及息弧的瞬变电磁场，通过三种途径传输：通过母线以瞬态电磁场的形式向周围空间辐射能量；由母线传输经电流互感器及电压互感器二次线缆直接耦合；在不可靠接地线产生的感应电位。当其干扰水平超过继保装置逻辑原件和电路允许的干扰水平时，将会导致继保装置重启、误动或拒动等各种异常情况出现，甚至直接造成这些元器件的损坏，严重影响电网系统的安全稳定运行。
参考文献
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[2]王琪，李秋香，王晓健，等.开关柜放电原因分析与治理[J].山东电力技术，2014，41(3):40-43.
论文作者:游晓斌
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第05期
论文发表时间:2019/7/15
标签：开关柜论文; 屏蔽论文; 母线论文; 电磁干扰论文; 高压论文; 干扰论文; 接地线论文; 《当代电力文化》2019年第05期论文;