电磁骚扰对智能组件耦合途径的分析方法

摘要

本申请公开了电磁骚扰对智能组件耦合途径的分析方法。本技术方案中，可准确分析高压开关柜断路器操作产生的电磁骚扰信号耦合至敏感设备的途径。包括选取测量点、智能高压开关柜断路器操作试验、电磁骚扰信号分析、补充仿真结果、智能组件敏感端口确定和电场骚扰耦合途径分析6个步骤。通过实际断路器操作电磁骚扰信号测量和仿真得到智能组件敏感设备端口和电磁骚扰信号，提取并对比不同测量点的电磁骚扰信号特征量，确定电磁骚扰的传导骚扰和辐射骚扰的耦合途径。本发明能够有针对性的开展智能组件的电磁防护措施设计，提升其智能高压开关柜电磁骚扰防护效果的同时降低防护措施的成本。

说明书

技术领域

本申请涉及电磁骚扰测量的技术领域，尤其涉及电磁骚扰对智能组件耦合途径的分析方法。

背景技术

高压开关设备是电力系统的核心保护和控制设备之一，其工作可靠性关系着电力系统的安全稳定运行。智能高压开关设备是适应智能电网的需求，应用传感、信息、通信、电子、控制、电气等多学科前沿技术的新型高压开关设备。

智能高压开关柜由开关柜本体和智能组件组成，具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化的特征。其技术方案是在传统高压开关柜基础上，添加传感器元件，集成各种智能电子装置 (Intelligent Electronic Device，IED)，并通过网络通讯接口与中央控制室的计算机系统联网，配合远程监控软件以实现“四遥”—遥控、遥测、遥信及遥调的一种智能化开关设备。相比传统高压开关柜，智能高压开关柜采用标准的信息接口，融合状态监测、测控保护、信息通信等技术于一体，可满足智能电网电力流、信息流、业务流一体化的需求。智能高压开关柜的智能化依赖于以微处理器为核心的智能组件，其组成包括电力电子开关、微处理器、数模/模数转换电路等，智能组件内部的大规模集成电路本身既是干扰源，同时又对电磁骚扰极为敏感。同时由于智能高压开关柜的结构、一二次融合技术应用等差异，其断路器操作电磁骚扰的耦合途径与传统高压开关柜差异较大，同时由于配网自动化和智能感知技术需要，其内置传感器和智能组件较多，导致其与传统开关设备的敏感设备也不同。因此需要准确分析电磁骚扰源到耦合至敏感设备的电磁骚扰途径，才能有针对性地提出其电磁骚扰抑制措施，提升智能高压开关柜的电磁兼容设计水平。

电磁骚扰主要通过传导和辐射两种方式耦合至智能组件。传导骚扰的耦合路径主要为信号线、接地线等二次电缆；辐射骚扰的耦合方式主要是通过电场和磁场在空间中的辐射，当该暂态电场、磁场被二次回路接收时，同样也会产生骚扰电压和电流。

相关技术中，关于高压开关设备电磁骚扰的耦合途径的分析主要针对互感器设备，对于其他可能的骚扰信号传导耦合途径，如供能电压互感器输出端口、直流电源端口、传感器信号侧、通讯侧端口的研究较少，并且缺乏对于辐射耦合途径的分析与测量，导致最终分析结果不够精确和全面。

发明内容

有鉴于此，本申请提供电磁骚扰对智能组件耦合途径的分析方法，能够全面并且精确地高压开关柜断路器操作产生的电磁骚扰信号耦合至敏感设备的途径。

本申请提供一种智能高压开关柜断路器操作电磁骚扰对智能组件耦合途径的分析方法，包括：

在智能高压开关柜断路器的典型操作条件下，获取智能组件的端口的电磁骚扰信号以及开关柜内各空间位置的瞬态电场、瞬态磁场的信号分布；

确定所述智能组件的敏感端口；

当所述敏感端口与传导途径各端口的电磁骚扰特征量达到预设相似度，将传导途径的该端口确立为电磁骚扰信号的传导途径；

当各空间位置的瞬态电场中存在两个位置点的瞬态电场达到预设相似度，将该两个位置点确立为该瞬态电场传播的途径；

当各空间位置的瞬态电场中存在两个位置点的瞬态磁场达到预设相似度，将该两个位置点确立为该瞬态磁场传播的途径；

根据所述瞬态磁场传播的途径、瞬态电场传播的途径和电磁骚扰信号的传导途径，得到智能高压开关柜断路器操作产生的电磁骚扰信号耦合至敏感设备的途径。

可选地，所述“获取智能组件的端口的电磁骚扰信号以及开关柜内各空间位置的瞬态电场、瞬态磁场的信号分布”具体为：通过开展智能高压开关柜断路器操作试验，或者通过建立智能高压开关柜断路器操作电磁骚扰仿真模型。

可选地，所述“确定所述智能组件的敏感端口”具体为：在智能高压开关柜断路器操作试验过程中出现电磁兼容异常，或该端口所受电磁骚扰信号强度为所有端口的前50％，则将该端口确立为智能组件的敏感端口。

可选地，所述“获取智能组件的端口的电磁骚扰信号以及开关柜内各空间位置的瞬态电场、瞬态磁场的信号分布”之前还包括：

选择智能高压开关柜断路器操作电磁骚扰可能耦合至智能组件的端口和途径作为测量点，包括合适的电压测点和电流测点，以及柜内合适的电磁场传播位置。

可选地，所述典型操作条件包括不同电流大小、负载特性、故障种类和操作类型。

可选地，电磁骚扰信号的特征量包括骚扰电压、电流和骚扰电场、磁场的主导频率，该频率的最大幅值和持续时间。

可选地，所述电磁兼容异常，具体为：智能组件端口输入、输出信号在电磁骚扰信号作用下幅值变化超过额定值的20％，相位变化超过额定相位的5°。

以上提供一种智能高压开关柜断路器操作电磁骚扰对智能组件耦合途径的分析方法，与相关技术相比具备以下有益效果：

增加了智能组件端口电磁骚扰信号和典型开关柜内部空间位置的电场、磁场测量，能够全面分析电磁骚扰的耦合途径；结合断路器操作试验与仿真结果，能够满足实际电网中智能高压开关柜断路器在不同操作工况下电磁骚扰的耦合途径分析；确定了智能组件的敏感端口和电磁骚扰信号的特征量，能够有针对性的开展智能组件的电磁防护措施设计，提高了分析结果的精确性和全面性，在提升其智能高压开关柜电磁骚扰防护效果的同时降低防护措施的成本。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本申请实施例提供智能高压开关柜断路器操作电磁骚扰传导途径测量点示意图。

图2为本申请实施例提供智能高压开关柜内典型空间电场、磁场测量点示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请智能高压开关柜断路器操作电磁骚扰对智能组件敏感端口耦合途径的分析方法，具体流程如图1所示，包括以下步骤：

S1、选取测量点：选择智能高压开关柜断路器操作电磁骚扰可能耦合至智能组件的端口和途径作为测量点，包括电压、电流互感器的一二次侧端口，二次线缆接线端口，柜体接地端口，智能操控装置、直流电源、传感器的信号端口、接地端口和通讯端口，以及智能组件附近、断路器触头附近、智能高压开关柜隔室间缝隙和孔洞等典型柜内空间位置，具体测量点位置如图2和图1所示；

S2、智能高压开关柜断路器操作试验：开展智能高压开关柜断路器操作试验，在智能高压开关柜断路器典型操作条件下测量S1所述智能组件端口的电磁骚扰信号，以及典型柜内空间位置的瞬态电场、磁场信号分布；

S3、电磁骚扰信号分析：对S2中智能组件端口测量得到的电磁骚扰信号进行分析，得到电磁骚扰信号的特征量；

S4、补充仿真结果：通过建立智能高压开关柜断路器操作电磁骚扰仿真模型，对S2中难以开展试验的操作条件进行仿真，补充该条件下的智能组件端口的电磁骚扰信号结果，以及典型柜内空间位置的瞬态电场、磁场分布结果；

S5、智能组件敏感端口确定：在S2试验过程中出现电磁兼容问题，或该端口所受电磁骚扰信号强度为所有端口的前50％，则认为该端口为智能组件的敏感端口；

S6、电场骚扰耦合途径分析：对比上述典型操作条件下敏感端口与传导途径中各端口的电磁骚扰特征量，若两个端口的电磁骚扰信号的主导频率、持续时间相同，则表明这两个端口是该频率电磁骚扰信号的传导途径之一；

对比某一典型操作条件下所有位置测量所得的瞬态电场信号特征量，若该两个位置点的瞬态电场的主导频率和持续时间相同，则表明这两个位置点是该频率瞬态电场传播的途径之一；

对比某一典型操作条件下所有位置测量所得的瞬态磁场信号特征量，若该两个位置点的瞬态磁场的主导频率和持续时间相同，则表明这两个位置点是该频率瞬态磁场传播的途径之一。

根据上述所有的电磁骚扰信号传导途径和瞬态电场、磁场传播途径，得到智能高压开关柜断路器操作产生的电磁骚扰信号耦合至敏感设备的途径。

在S2中，所述的智能高压开关柜断路器的典型操作条件包括不同电流大小、负载特性、故障种类和操作类型。

在S3中，所述的电磁骚扰信号的特征量包括骚扰电压、电流和骚扰电场、磁场的主导频率，该频率的最大幅值和持续时间。

此处，电磁骚扰信号时频分析方法为小波变换和广义S变换。

在S5中，所述的电磁兼容问题指智能组件端口输入、输出信号在电磁骚扰信号作用下幅值变化超过额定值的20％，相位变化超过额定相位的 5°。

现在针对一个常见的应用场景中，来阐述本申请分析方法的操作过程。应当注意的是，此常见的实施方案不可作为理解本申请所声称所要解决技术问题的必要性特征认定的依据，其仅仅是示范而已。

参考图1、图2，其中图1中I表示主电流，1-7代表电压/电流信号测点，图2中1-4代表电场、磁场信号测点。

以KYN61-40.5型智能高压开关柜为例，在真空断路器开断感性负载电流时，利用高带宽电压探头测量其电流互感器一次侧和二次侧绕组端口，以及仪表室内与电流互感器二次侧相连接的智能操控装置电流测量信号端口电压。利用小波变换分析测量得到的电压波形，发现电流互感器一次侧和二次侧绕组端口、以及智能操控装置信号端口电磁骚扰信号的主导频率一致，该频率的电压幅值最高，且智能操控装置电流测量信号端口出现脉冲电压信号，幅值为额定最大值的130％，因此仪表室内与电流互感器二次侧相连接的智能操控装置电流测量信号端口为敏感端口，且电磁骚扰信号从断路器传导至该端口的途径为电流互感器一次侧-电流互感器二次侧-二次线缆-智能操控装置电流测量信号端口。利用高带宽电场探头测量断路器灭弧室、断路器室与仪表室开孔处电场强度，测量仪表室内智能操控装置附近电场强度。同样利用小波变换分析测量得到的电场波形，发现断路器灭弧室、断路器室与仪表室开孔处、智能操控装置附近的暂态电场主导频率一致，且该频率的电场幅值最高，但智能操控装置的电流测量端口骚扰电压未超过额定值的20％，且输出信号相位偏移小于5％，表明该端口并非电场辐射耦合敏感端口。

本申请提供了一种智能高压开关柜断路器操作电磁骚扰对智能组件敏感端口耦合途径的分析方法，与现有技术相比具备以下有益效果：增加了智能组件端口电磁骚扰信号和典型开关柜内部空间位置的电场、磁场测量，能够全面分析电磁骚扰的耦合途径；结合断路器操作试验与仿真结果，能够满足实际电网中智能高压开关柜断路器在不同操作工况下电磁骚扰的耦合途径分析；确定了智能组件的敏感端口和电磁骚扰信号的特征量，能够有针对性的开展智能组件的电磁防护措施设计，提高了分析结果的精确性和全面性，在提升其智能高压开关柜电磁骚扰防护效果的同时降低防护措施的成本。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。