变电站地电位升高对智能组件的电磁骚扰研究

摘要

变电站内智能设备的就地化安装使其所面临的电磁环境更加恶劣，智能组件的电磁兼容水平成为了制约智能设备安全稳定运行的主要因素。在智能组件受到的电磁骚扰中，因变电站接地网地电位升高而造成的智能组件电磁骚扰现象发生概率大，干扰效果严重。因此，本文以变电站接地网在工频短路及冲击电流作用下的地电位升分布特性及其对智能组件的电磁骚扰为研究对象，通过建模分析和实际测量，研究了地电位升高对智能组件的电磁骚扰影响规律。 首先，利用CDEGS建立了接地网的仿真模型，计算了接地网在工频短路故障下的地电位升分布特性。而接地网在冲击电流作用下的散流特性与工频电流作用时有较大差距，在综合考虑冲击电流作用下土壤的放电特性、频变特性和接地网自身的感抗效应的基础上，建立了接地网的分段等效模型，采用傅里叶变换与矩量法相结合的迭代算法，仿真分析了雷电流的波形、幅值、注入点位置和接地网布置方式对接地网地电位升分布特性和冲击阻抗的影响。然后，根据智能组件地电位升骚扰的计算特点，建立了接地网与屏蔽电缆一体的骚扰耦合模型。根据某220kV变电站运行参数，利用EMTP 仿真计算了雷电侵入波经避雷器入地的瞬时电流，按照屏蔽电缆骚扰电压的计算方法，对接地短路、直接雷和避雷器动作泄放电流引起的地电位升高对智能组件的骚扰电压进行了计算分析，得到了电流注入位置、分流排数量、屏蔽电缆接地方式和二次等电位接地网的敷设对地电位升高对智能组件造成的电磁骚扰的影响规律。最后，为了验证仿真结果的正确性，同时实现对变电站地电位升的长期监测，针对变电站现场电磁环境和冲击电流作用下地电位升高幅值、宽频带的具体特征，研发了一套适用于变电站现场应用的地电位升测试系统。并通过现场模拟试验，获得了浪涌电压作用下接地网地电位升和屏蔽电缆端口骚扰电压。通过与试验方案仿真结果的对比，验证了仿真模型和计算方法的正确性。为变电站内智能组件的电磁骚扰预测及监测和抗地电位升干扰设计提供依据。

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第1章 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

第2章 变电站地电位升特性的研究

2.1 接地短路时接地网地电位升分布特性

2.2 接地体冲击散流特性

2.3 不同雷电流对地电位升分布的影响

2.3.1 雷电流波形参数与频谱

2.3.2 不同参数雷电流引起的地电位升分布

2.3.3 不同参数雷电流造成的冲击接地阻抗

2.4 不同注入点对地电位升的影响

2.5 接地网布置对地电位升分布的影响

2.6 本章小结

第3章 地电位升高对智能组件的电磁骚扰

3.1 智能组件特征分析

3.1.1 智能组件运行环境

3.1.2 智能组件的抗扰度限值

3.2 地电位升与智能组件耦合原理与计算方法

3.2.1 耦合原理

3.2.2 雷电对智能组件造成骚扰的主要特点

3.2.3 计算方法

3.2.4 屏蔽电缆转移阻抗的计算与测量

3.3 避雷器入地电流分析

3.4 地电位升对智能组件的骚扰电压

3.4.1 短路引起的地电位升对智能组件的骚扰电压

3.4.2 雷电引起的地电位升对智能组件的骚扰电压

3.5 影响地电位升对智能组件骚扰电压的主要因素

3.5.1 分流排对骚扰电压的影响

3.5.2 二次等电位接地网对骚扰电压的影响

3.5.3 接地方式对骚扰电压的影响

3.6 小结

第4章 变电站地电位升测试系统研发及其应用

4.1 测试系统硬件设计

4.1.1 信号采集部分

4.1.2 电源和通信部分

4.1.3 箱体屏蔽

4.2 测试系统的软件设计与实现

4.2.1 测试系统连接

4.2.2 数据获取与存储

4.3 测试系统的现场应用

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加科研情况

致谢