第四章变电所的暂态骚扰

1、第四章第四章 变电所的暂态骚扰变电所的暂态骚扰第一节第一节 概概 述述变电所中一次回路和二次回路之间存在着电的和磁变电所中一次回路和二次回路之间存在着电的和磁的联系，因此的联系，因此在一次回路发生的任何形式的暂态过在一次回路发生的任何形式的暂态过程都会通过不同的耦合途径传入二次回路中形成暂程都会通过不同的耦合途径传入二次回路中形成暂态骚扰。态骚扰。暂态过程产生的原因暂态过程产生的原因: 1.开关操作、雷击、一次系统短路等。开关操作、雷击、一次系统短路等。 2. 二次回路本身也会产生暂态骚扰，如直流回路中二次回路本身也会产生暂态骚扰，如直流回路中电感线圈的断路操作等。电感线圈的断路操作等。暂态骚

2、扰对二次回路的设备可能造成后果暂态骚扰对二次回路的设备可能造成后果: 1. 破坏二次设备的绝缘，形成永久性破坏；破坏二次设备的绝缘，形成永久性破坏； 2. 骚扰其正常的工作，使其误动作。骚扰其正常的工作，使其误动作。 研究暂态骚扰的必要性研究暂态骚扰的必要性: 1. 二次回路中的设备，包括继电保护、控制、信号、二次回路中的设备，包括继电保护、控制、信号、通信、监测等仪器和仪表都属于弱电设备，其耐压通信、监测等仪器和仪表都属于弱电设备，其耐压水平和抗骚扰能力都比较弱水平和抗骚扰能力都比较弱 2. 控制、保护、信号、监测等设备对暂态骚扰具有控制、保护、信号、监测等设备对暂态骚扰具有更加明显的敏感性

3、和脆弱性。因此，在这些变电所更加明显的敏感性和脆弱性。因此，在这些变电所中一次和二次回路之间的中一次和二次回路之间的emc问题变得十分突出。问题变得十分突出。 3. 3. 问题的严重性还在于，越是高压大容量的枢纽变问题的严重性还在于，越是高压大容量的枢纽变电所，由于它们在电力系统中的地位和重要性，电所，由于它们在电力系统中的地位和重要性，越需要应用更加先进的二次设备对一次系统进行越需要应用更加先进的二次设备对一次系统进行保护和监控。保护和监控。4. 4. 由于一次系统电压高、容量大，反过来会对二次由于一次系统电压高、容量大，反过来会对二次回路产生更加强烈的暂态骚扰。回路产生更加强烈的暂态骚扰。

4、5. 5. sf6组合电器组合电器( ( gis ) )的应用，对变电所二次设备的应用，对变电所二次设备增加了新的威胁。增加了新的威胁。6. 6. 当当将继电保护将继电保护/ /控制设备下放至开关站时，它们控制设备下放至开关站时，它们更容易受到高压电气设备运行过程中的开关操作、更容易受到高压电气设备运行过程中的开关操作、短路故障等暂态过程产生的强电磁骚扰。短路故障等暂态过程产生的强电磁骚扰。 提高变电所一次和二次设备之间提高变电所一次和二次设备之间emc采取的措施：采取的措施： 1. 降低骚扰源产生暂态骚扰的幅值和出降低骚扰源产生暂态骚扰的幅值和出现的概率；现的概率； 2. 阻断暂态骚扰的传输

5、途径；阻断暂态骚扰的传输途径； 3. 采取完善的抗骚扰措施；采取完善的抗骚扰措施； 4. 提高二次设备抗暂态骚扰的能力。提高二次设备抗暂态骚扰的能力。第二节第二节 由开关操作引起的暂态骚扰由开关操作引起的暂态骚扰 一次回路中，当开关进行切合操作时，引起回路一次回路中，当开关进行切合操作时，引起回路的状态发生变化，从一种稳定状态经过振荡达到的状态发生变化，从一种稳定状态经过振荡达到新的稳定状态，从而产生暂态过电压。新的稳定状态，从而产生暂态过电压。图图4-1所示的简化等值电路，当闭合开关所示的简化等值电路，当闭合开关k时的振时的振荡频率为荡频率为: 121)2(1212cllrclf图图4-1

6、4-1 简化等值电路简化等值电路 图图4-2 4-2 合闸时的母线电压波形合闸时的母线电压波形 (a) 母线无泄漏；母线无泄漏；(b) 有泄漏有泄漏如果回路参数如果回路参数l和和c 的数值都比较小，如的数值都比较小，如切合小电容负载等，则产生频率很高的振切合小电容负载等，则产生频率很高的振荡。荡。试验结果表明试验结果表明: : 用隔离开关切合空载母线用隔离开关切合空载母线时，在回路中形成一系列高频振荡。时，在回路中形成一系列高频振荡。分闸操作时，振荡幅值越来越大分闸操作时，振荡幅值越来越大; ;重复率重复率越来越小；越来越小；合闸操作时，振荡幅值越来越小合闸操作时，振荡幅值越来越小; ;重复率

7、重复率越来越大；越来越大；下面以隔离开关切合空载母线为例，分下面以隔离开关切合空载母线为例，分析电弧的重燃过程。析电弧的重燃过程。 合闸操作合闸操作动触头以一定的速度向静触头移动，断口逐渐动触头以一定的速度向静触头移动，断口逐渐缩小。缩小。 当断口间的电位差足以使其间的空气绝缘击穿当断口间的电位差足以使其间的空气绝缘击穿时，就产生了第一次电弧。时，就产生了第一次电弧。空载母线上的电位从初始状态的零值经过短暂空载母线上的电位从初始状态的零值经过短暂的振荡过程后变为当时电源电压的瞬时值。的振荡过程后变为当时电源电压的瞬时值。当高频电流为零时电弧熄灭，母线再次和电源当高频电流为零时电弧熄灭，母线再次

8、和电源断开。此时，母线上的电位一直保持着熄弧时断开。此时，母线上的电位一直保持着熄弧时的数值。的数值。随后，电源电压继续按正弦规律变化，断口两随后，电源电压继续按正弦规律变化，断口两端的电位差又逐渐增大，直至断口气隙又被击端的电位差又逐渐增大，直至断口气隙又被击穿为止，母线电位再经过振荡以后改变为此时穿为止，母线电位再经过振荡以后改变为此时电源电压的瞬时值，电弧随即又熄灭。电源电压的瞬时值，电弧随即又熄灭。这样，电弧的重燃和熄灭过程反复出现，直至这样，电弧的重燃和熄灭过程反复出现，直至动触头和静触头相互接触为止。动触头和静触头相互接触为止。因为在合闸过程中，电弧重燃时断口两端的电因为在合闸过程

9、中，电弧重燃时断口两端的电位差也逐渐缩小，故在工频一个周期内电弧重位差也逐渐缩小，故在工频一个周期内电弧重燃次数逐渐增加，母线电压成为越来越密的阶燃次数逐渐增加，母线电压成为越来越密的阶梯状波形，见图梯状波形，见图4-2(a)。实际上，母线上的电荷总是存在泄漏实际上，母线上的电荷总是存在泄漏,所以，所以，母线的实际电压波形见图母线的实际电压波形见图4-2(b)。分闸操作分闸操作当触头分离以后，第一次工频电流过零，母线当触头分离以后，第一次工频电流过零，母线的充电电流即被切断，电弧熄灭，在空载母线的充电电流即被切断，电弧熄灭，在空载母线上保持断开瞬间的电位。上保持断开瞬间的电位。 随着电源电压变

10、化，断口两端的电位差增大，随着电源电压变化，断口两端的电位差增大，直到间隙被击穿，发生第一次电弧重燃，直到间隙被击穿，发生第一次电弧重燃，经过短暂的高频振荡以后，当母线电压重新等经过短暂的高频振荡以后，当母线电压重新等于电源电压时，电弧再次熄灭。于电源电压时，电弧再次熄灭。这个过程重复进行，直到断口之间气隙的介质这个过程重复进行，直到断口之间气隙的介质恢复强度超过两倍电源电压幅值时为止，电弧恢复强度超过两倍电源电压幅值时为止，电弧不再重燃。不再重燃。分闸时，随着断口之间的距离逐渐增大，每次分闸时，随着断口之间的距离逐渐增大，每次电弧重燃时断口两端的电位差也呈阶跃式增加，电弧重燃时断口两端的电位

11、差也呈阶跃式增加，不过，和合闸情况相反，在一个工频周期内的不过，和合闸情况相反，在一个工频周期内的重燃次数逐渐减少重燃次数逐渐减少( 见图见图4-3 )。 图图4- -3 分闸时母线电压波形图分闸时母线电压波形图 ( 忽略母线泄漏忽略母线泄漏 )合闸情况下的最大幅值等于电源相电压的幅值，合闸情况下的最大幅值等于电源相电压的幅值，出现在第一次电弧发生时，即出现在第一次电弧发生时，即: 分闸情况下，高频振荡的最大电压幅值发生在最分闸情况下，高频振荡的最大电压幅值发生在最后一次电弧重燃的时刻。其最大电压幅值为后一次电弧重燃的时刻。其最大电压幅值为: 一般来讲，断路器操作时电弧重燃的概率很小，一般来讲

12、，断路器操作时电弧重燃的概率很小，所产生的骚扰较隔离开关操作时低得多。当断口所产生的骚扰较隔离开关操作时低得多。当断口间有抑制操作过电压的并联电阻时，对二次回路间有抑制操作过电压的并联电阻时，对二次回路的骚扰就更小。的骚扰就更小。231nuu)e1(23212fnuu 图图4-5 4-5 隔离开关单相操作时二次回路中隔离开关单相操作时二次回路中 暂态电压的幅值和重复率暂态电压的幅值和重复率 （a a）合闸）合闸 （b b）分闸）分闸由图由图4-5可见，在分闸时，二次回路中暂态电可见，在分闸时，二次回路中暂态电压的幅值随动触头运动时间增大而增大；在合压的幅值随动触头运动时间增大而增大；在合闸时则

13、相反。闸时则相反。暂态电压出现的重复率，合闸时逐渐增大，分暂态电压出现的重复率，合闸时逐渐增大，分闸时逐渐减少。闸时逐渐减少。但在分闸过程刚开始和合闸过程即将结束的一但在分闸过程刚开始和合闸过程即将结束的一段短时间内重复率随动触头运动时间的变化关段短时间内重复率随动触头运动时间的变化关系出现相反的规律。系出现相反的规律。 这主要是由于在这段时间内电弧电流中的工频这主要是由于在这段时间内电弧电流中的工频分量起主要作用，电弧只有在工频电流过零时分量起主要作用，电弧只有在工频电流过零时才能熄灭，故重燃次数反而减少。才能熄灭，故重燃次数反而减少。 由于开关操作的母线上接有其它电气设备，构成由于开关操作

14、的母线上接有其它电气设备，构成了复杂的振荡网路，这就决定了暂态振荡电压的了复杂的振荡网路，这就决定了暂态振荡电压的波形为包含多种频率分量的衰减振荡波。波形为包含多种频率分量的衰减振荡波。根据实测结果根据实测结果 1.1.骚扰波形的频率一般从骚扰波形的频率一般从200khz200khz到约到约1mhz1mhz，2.2.每串骚扰波的持续时间为每串骚扰波的持续时间为202050us50us，3.3.高频振荡波的幅值多半在高频振荡波的幅值多半在2.52.53 3个周波内就衰减个周波内就衰减到初始值的一半左右。到初始值的一半左右。 4.4. 每串骚扰波的能量一般从几毫焦耳至数十毫焦耳。每串骚扰波的能量一

15、般从几毫焦耳至数十毫焦耳。5. 单相操作时，在一个工频周期内，骚扰单相操作时，在一个工频周期内，骚扰波的出现次数大约从波的出现次数大约从1次到次到20次，平均次，平均每秒超过每秒超过l56次。次。 6. 每次高频振荡的持续时间虽然很短，但每次高频振荡的持续时间虽然很短，但它是断续出现的，持续的时间可能超过它是断续出现的，持续的时间可能超过1s。二次回路中反复出现这样的高频骚。二次回路中反复出现这样的高频骚扰，其累积作用是不容忽视的。扰，其累积作用是不容忽视的。 图图4-64-6 3种暂态电压的实测波形种暂态电压的实测波形 图图4-7 4-7 iec推荐的暂态电压波形推荐的暂态电压波形u1 最大峰值；最大峰值；u3 峰峰峰值电压；峰值电压；u2 / t2 电压的最大上电压的最大上升速率；升速率；t1 最大峰值的上升时间；最大峰值的上升时间；t3 单个子脉冲的衰减单个子脉冲的衰减时间时间; t4 脉冲持续时间；脉冲持续时间；fl 最高振荡频率；最高振荡频率；f2