侵入波对变电站智能组件及通信设备的电磁骚扰分析方法

摘要

本发明属于电力系统领域，尤其涉及一种侵入波对变电站智能组件及通信设备的电磁骚扰分析方法，包括：给定变电站地域常见雷电流I及变电站运行方式；根据变电站主接线图，若为雷击杆塔方式，建立杆塔及变电站一次系统模型；若为开关操作方式，则建立变电站一次系统模型；计算电压互感器一次侧电压U1；建立电压互感器电缆模型；根据电压互感器电缆模型得到与智能组件及通信设备相连接的二次电缆末端骚扰电压U。本发明的评估方法可以简单、有效并且直观地评估变电站两种故障时对智能组件及通信设备的电磁骚扰，有利于对智能变电站二次设备防电磁干扰进行可靠的设计和施工。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统领域，尤其涉及一种侵入波对变电站智能组件及通信设备的电磁骚扰分析方法。

背景技术

智能变电站智能组件及通信设备受雷电袭击杆塔或开关操作时，产生的骚扰电流会沿导线及电缆进入二次系统，可能造成智能组件及通信设备误动作或损坏，进而导致一次设备误动作，从而出现跳闸停电、甚至设备损毁等故障。因此雷电杆塔和开关操作对变电站智能组件及通信设备影响是引起变电站故障的重要因素之一。另外，我国正在大力推行电力系统综合自动化技术，智能高压设备的集成化和智能组件及通信设备装置的就地化成为新的发展方向，智能组件及通信设备已成为新一代静态型的二次设备，且由若干新型微电子设备组成，它们通常安装在一次高压设备旁，这使得变电站内电磁兼容问题更为突出。要减少雷电杆塔、开关操作对变电站智能组件及通信设备的影响，就必须计算出智能组件及通信设备的电磁骚扰情况，制定经济技术上切实可行的防电磁骚扰技术方案，从而科学的、合理的进行变电站智能组件及通信设备的设计、施工和改造。因此，如何简单、有效并且直观地分析计算变电站智能组件及通信设备的电磁骚扰情况，是对变电站二次系统设施抗干扰设计的关键因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种侵入波对变电站智能组件及通信设备的电磁骚扰分析方法，可以简单、有效并且直观地计算变电站智能组件及通信设备的电磁骚扰，有利于对智能变电站二次系统进行保护，提出可靠防护措施，达到提高智能组件及通信设备运行可靠性的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种侵入波对变电站智能组件及通信设备的电磁骚扰分析方法，包括以下步骤：

步骤1：给定变电站地域常见雷电流I及变电站运行方式；

步骤2：根据变电站主接线图，若为雷击杆塔方式，建立雷击杆塔及变电站一次系统模型；若为开关操作方式，则建立变电站一次系统模型；

步骤3：计算电压互感器一次侧电压U₁；

步骤4：建立电压互感器及电缆模型；

步骤5：根据电压互感器及电缆模型计算与智能组件及通信设备相连接的二次电缆末端骚扰电压U。

所述电压互感器及电缆模型由电缆单位参数、电缆波阻抗Z₂、电缆长度L、电容式电压互感器参数、接地网阻抗Z₁、干扰源U_G、二次电缆负载阻抗Z_L、引线电感L₁、输入阻抗Z_IN、传播常数r、源阻抗Z_S确定。

所述二次电缆上的骚扰电压U具体计算式为：

$U=\frac{U_G}{2}\left[\frac{e^{-rL}(1+\frac{Z_L-Z_0}{Z_L+Z_0})(1-\frac{Z_S-Z_0}{Z_S+Z_0})}{1-\frac{Z_L-Z_0}{Z_L+Z_0}·\frac{Z_S-Z_0}{Z_S+Z_0}{e}^{-2rL}}\right].$

所述干扰源U_G具体计算过程为：

$U_G=\frac{(Z_G+{\mathrm{jwL}}_G)Z_{IN}}{(Z_G+{\mathrm{jwL}}_G+\frac{1}{{\mathrm{jwC}}_1}+Z_{IN})(\frac{1}{{\mathrm{jwC}}_2}+\frac{1}{{\mathrm{jwC}}_3})+(Z_G+{\mathrm{jwL}}_G)(\frac{1}{{\mathrm{jwC}}_1}+Z_{IN})}·U_1$

Z_G为接地网阻抗、L_G为引线电感、C₁、C₂为电容式电压互感器的分压电容，C₃为电容式电压互感器的寄生电容，Z_IN为输入阻抗。

所述传播常数r具体计算过程为：Z₀为电缆单位长度的串联阻抗，Y₀为电缆单位长度的并联导纳。

所述源阻抗Z_S的具体计算过程为：C₂为电容式电压互感器的分压电容。

本发明的有益效果在于：基于该地区常见雷电流及变电站实际一次系统接线方式，使得该计算方法更加精确有针对性。更重要的是，变电站智能组件及通信设备的电磁骚扰计算建模考虑了波在导线中的传播振荡，计算出的骚扰电压更接近于真实情况，使得变电站智能组件及通信设备骚扰计算更加简单、有效并且直观，从而进行更加科学的、有针对性的变电站智能组件及通信设备电磁防护工作。

附图说明

图1是本发明侵入波对变电站智能组件及通信设备的电磁骚扰分析方法步骤流程图；

图2是本发明的电压互感器及电缆模型等值电路；

图3是本发明雷击杆塔对智能组件及通信设备电磁骚扰计算结果示意图；

图4是开关操作对智能组件及通信设备电磁骚扰计算结果示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的一种侵入波对变电站智能组件及通信设备的电磁骚扰分析方法，包括以下步骤：

步骤1：给定变电站地域常见雷电流I及变电站运行方式；

步骤2：根据变电站主接线图，若为雷击杆塔方式，建立杆塔及变电站一次系统模型；若为开关操作方式，则建立变电站一次系统模型；

步骤3：计算电压互感器一次侧电压U₁；

步骤4：建立电压互感器及电缆模型；

步骤5：根据电压互感器及电缆模型计算与智能组件及通信设备相连接的二次电缆末端骚扰电压U。

电压互感器及电缆模型如图2所示，通过CVT的分压电容及接地引线对二次电缆产生的传导干扰模型建立等值电路。

本发明的侵入波对变电站智能组件及通信设备的电磁骚扰分析方法，结合变电站区域的雷电流I及波形，变电站采用发生故障时过电压情况最严重的运行方式“一线一变”，根据变电站实际电气一次主接线接线图建立变电站一次系统模型，计算母线过电压U₁，建立电压互感器及二次电缆模型，则可计算电缆末端骚扰电压U即为智能组件及通信设备骚扰电压。其计算是基于该地区常见雷电流及变电站实际一次系统接线方式，使得该计算方法更加精确有针对性。更重要的是，智能变电站智能组件及通信设备的电磁骚扰计算建模考虑了波在导线中的传播振荡，计算出的骚扰电压更接近于真实情况，使得变电站智能组件及通信设备骚扰计算更加简单、有效并且直观，从而进行更加科学的、有针对性的变电站智能组件及通信设备电磁防护工作。

本发明针对侵入波可能引起智能变电站智能组件及通信设备故障进行研究，雷电杆塔或开关操作产生的过电压，依次通过输电线路、一次设备、互感器、电缆传输进入变电站内的智能组件及通信设备。根据IEC 61000-4-18标准试验波形的时域参数，只给出了共模电压的试验等级，取差模电压为共模电压一半，即为等级1：0.25kV；等级2：0.5kV；等级3：1kV；等级4：2kV；GB/T17626.5-2008电磁兼容试验和测量技术浪涌冲击抗扰度试验要求的最大4kV的抗扰度限值。计算结果可与该标准对比，从而进行更加科学的、有针对性的变电站智能组件及通信设备电磁防护工作。具体地，所述雷击杆塔及开关操作一次系统模型确定得到母线电压U₁；所述电压互感器及二次电缆模型的确定可得到二次电缆末端骚扰电压U。具体的，所述电压互感器及二次电缆模型可由电缆单位参数(包括：Z₀、Y₀)、电缆波阻抗Z₂、电缆长度L、电容式电压互感器参数(包括：分压电容C₁、C₂,寄生电容C₃)、接地网阻抗Z₁、干扰源U_G二次电缆负载阻抗Z_L、引线电感L₁、输入阻抗Z_IN、传播常数r、源阻抗Z_S确定。具体的，所述传播常数r具体计算过程为：所述源阻抗Z_S的具体计算过程为：所述输入阻抗Z_IN具体计算为：其中所述干扰源U_G需将U1傅里叶变换进行计算，具体计算过程为：此时U_G为频域值；所述雷击杆塔与开关操作时与智能组件及通信设备连接的二次电缆上的骚扰电压U具体计算过程为：并将U反傅里叶变换成时域，此时U为智能组件及通信设备骚扰电压。

依据本发明的分析方法，对某110kV变电站雷击杆塔与开关操作情况计算智能组件及通信设备骚扰电压，其计算结果如附图3、4，雷击杆塔峰值905.5V，开关操作峰值880.1V，均低于抗扰度限值。由附图可以直观清晰在看出该智能变电站智能组件及通信设备雷击杆塔及开关操作时骚扰电压情况，从而能帮助变电站智能组件及通信设备进行更加科学地、有针对性的防电磁骚扰设计工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。