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1、目录摘要1Abstract21 绪论31.1选题背景31.2 变电站电磁兼容研究现状31.2.1 国外研究现状31.2.1 国内研究现状42 变电站电磁骚扰的62.1 变电站电磁骚扰机理分析62.1.1 骚扰路径62.1.2 电磁骚扰源72.1.3 开关操作瞬态骚扰72.2 传导耦合模型82.3 传导骚扰测量823.1测量仪器介绍82.3.2 测量93 仿真变电站传导骚扰113.1 软件介绍113.2 仿真开关操作产生瞬态电压和瞬态电流113.3 开关操作传导骚扰154 总结17参考文献18致谢1916摘要：在变电站错综复杂的电磁环境中如何实现电磁兼容，使个种电力设备或系统都能正常并可靠工作，
2、已成为电力领域都必须关注的重要问题之一。变电站电磁骚扰已成为电力系统研究的主要方向。为了仿真分析变电站开关操作在二次回路产生的传导骚扰，提出传导骚扰整体计算模型的概念，并建立模型。在这个模型整体中，通过建立变电站一次系统传输模型、用有理函数建立了用于计算传导耦合的PT/CT的高频模型、用于计算阻性传导多端口帝王模型和二次电缆传输线模型。把这些模型植入ATP-EMTP后部仅可以计算一次系统的特快暂态电压和暂态点位升高，还可以计算二次系统的干扰信号。关键词： 变电站 传导骚扰 开关操作 电压互感器与电流互感器 二次电缆Abstract：How to achieve EMC in the intri
3、cate electromagnetic surroundings in order to guarantee the credibility of systems and equipments have become an important proble in the field of electric prower。A simulation model is set up in order to calculate the conductive disturbing viltage in secondary circuit caused bu disconnectou or circui
4、t breaker oprations in transformer substation。In this model, By establishing a system of substation transmission model is established, with a rational function can be used to calculate the transmission coupling of PT/CT high-frequency model, can be used to calculate the transmission multi-port emper
5、or of resistance and cable transmission model。By incorporation them into ATPEMPT，once can use this conductive coopling model of transformer substation to calculate not only the VFTO and TGPR in the primary circuit but also the disturbing voltage in the secondary circuits in transformer substation。Ke
6、y words： transformer substation ，conductive disturbing，switching operation，potential and current transformers(PT/CT)，secondary cable 1 绪论 1.1选题背景随着电力系统的发展由于电力的区域性分布，变电站在电力系统中起着不可或缺的重要位置。变电站在有限空间内汇集了众多一次设备和二次设备,是一个包含强电设备和弱电设备的电磁环境非常复杂的系统。正常运行时，变电站内空间中存在强工频电磁场。当一次回路中发生开关操作、系统故障或雷击时，空间会有强瞬态电磁场产生。强工频与强瞬
7、态电磁场对变电站二次回路产生骚扰。电力系统电磁兼容问题研究热点较多，其中研究的电磁兼容和电磁骚扰的主要方向为1：1)大型变电站接地网安全性设计问题；2)大型变电站保护与控制二次设备下放到开关场问题；3)超高压变电站开关操作产生的快速瞬态电磁环境问题；4）超高压紧凑型输电线路设计和已有线路加挂乘式全介质光缆问题。 从以上热点可以看出，变电站开关操作产生的瞬态电磁场对二次回路的骚扰问题已成为研究变电站电磁骚扰的主要内容之一。1.2 变电站电磁兼容研究现状1.2.1 国外研究现状随着电力系统的不断发展，电压等级越来越高，二次设备的智能化和小型化，电力系统内部经常发生一次系统对二次设备的电磁骚扰从而影
8、响整个电力系统的正常运行，甚至导致整个电力系统的瘫痪。作为影响电力系统安全运行的一个重要因素就是电力系统电磁兼容问题。电力系统运行的安全可靠性直接关系到一个地区甚至一个国家的国民经济发展，因此，各发达国家对电力系统电磁兼容问题都非常重视，集中了大量的人力物力进行广泛而深入的研究。在变电站电磁兼容研究方面，最具代表性的是美国电力科学研究院（EPRI-Electric Power Research Institute)自1978年开展的以变电站电磁瞬态为课题的项研究工作。全部工作历时十五年，分两个阶段完成。第一阶段的研究工作于1983年结束，并提交了阶段性研究报告。研究工作包括测量系统的研制、变电
9、站电磁环境的测量和数据分析方法研究以及一些初步研究结果。文献提出了一种分析变电站瞬态电磁干扰问题的时域计算模型，计算了变电站内的空间瞬态电场和磁场，并与实测数据进行了对比。研究表明，开关操作产生的电弧并非主要的电磁干扰源，电磁干扰主要通过母线与二次设备间的辐射性电磁耦合产生。变电站的开关操作、系统短路故障和雷击可能导致强度较大的高频电磁干扰。 第二阶段的研究工作从1986年开始到1993年结束，并提出了该阶段的研究报告，发表了一些相关论文。在这个阶段内，对7座空气绝缘变电站（AIS-Air Insulated Substation）和2座气体绝缘变电站（GIS-Gas Insulated Su
10、bstation）进行了13次现场测量，测得大量的干扰波形，数据量多达500MB。基于此项工作提出了完整的研究报告发表了一系列的论文研究报告及发表的论文对测量得到的数据进行了总结分析，并提出了预测变电站瞬态电磁干扰的建模方法和测量技术，现在已出现了专用的分析预测软件包，并已应用到工程项目中。EMC性能在国际上已成为产品质量指标的一个重要部分，先进的工业化国家从设备研制到工程应用的各个阶段，都按电磁兼容标准对设备进行考核试验，严格控制其电磁兼容质量。美国电力科学研究院的研究工作在整个变电站电磁兼容问题研究中最具有代表性，有很多的测量及分析结果、建模方法值得参考。1.2.1 国内研究现状 我国在广
11、播、邮电、交通和军工业等行业的电磁兼容研究方面研究起步较早，研究较有成效，但是直到20世纪80年代变电站的电磁兼容问题才得到关注。改革开放以来，随着我们电力系统的发展高压特高等变电站的增多，电力系统的电磁骚扰和电磁兼容问题越来越受到重视，越来越多人研究。根据长期经验积累，也提出了一些电磁骚扰的抑制措施，但是大部分都基于国外模型前期研究结论得出的，开展变电站的瞬态环境的建模和计算研究教少。由于我国变电站电压等级和结果等方面的技术特点与国外还是存在一定差异，因此国外的测量和分析结果只能当做参考。近年来，由于电力系统快速发展，国家电力公司在研究变电站电磁兼容方面给予了高度重视，先后在武汉高压研究所、
12、南京话研究院和华北电力大学投资建设了三个各具特色的电磁兼容实验室，大力推动了我国电力系统电磁兼容实验与研究方面的科技进步。但是国外对开关操作产生的瞬态电磁场过程通过互感器在二次产生电磁骚扰的研究的状况已经比较深入，而国内对这方面的研究还较少。2 变电站电磁骚扰的2.1 变电站电磁骚扰机理分析2.1.1 骚扰路径 变电站是一个包含强电设备和弱电设备的电磁环非常复杂的系统，电子设备遭受电磁骚扰与其所处的电磁环境密切相关，骚扰程度与骚扰特性、耦合阻抗的性质、电子装置的灵敏度和接地质量以及在安装现场采取的保护措施密切相关。电磁骚扰的存在必须具备三个基本条件：（1）必须有骚扰源，既有产生电磁能量的物体或
13、现象；（2）必须有被骚扰对象的响应；(3)必须有骚扰能量传输的路径。以上三个条件是电磁骚扰的三要素缺一不可。如图2.1所示，当骚扰源和敏感设备都具备了我们的设备运行环境又提供骚扰途径，骚扰就形成了。传导耦合辐射耦合骚扰耦合路径路径骚扰源敏感设备 图2.1 电磁骚扰三要素的示意图 从骚扰源到敏感设备之间电磁骚扰的耦合路径多种多样，路径不同研究和计算方法也不同，骚扰路径是解决电磁骚扰问题的基础。从图1.1可以看出主要的骚扰路径有传导耦合和辐射耦合。 1.传导耦合 母线上产生的瞬态电压和瞬态电流通过电压互感器(PT)、电流互感器耦合到二次设备的电缆内。3.辐射耦合 开关操作在高压母线周围空间产生瞬态
14、电磁场，空间瞬态电场和瞬态磁场以辐射的方式耦合到二次设备或与其相连的电源线和信号线。2.1.2 电磁骚扰源变电站一次系统产生的电磁骚扰主要由两类，一类是稳态电磁骚扰，以工频电压、电流很电磁场形式存在；另一类是瞬态电磁骚扰，另一类是瞬态电磁骚扰，主要以系统故障、雷击和开关操作等产生的瞬态电压、电流、电场和磁场的形式存在。由于二次设备工作频率大多在几千赫兹以上，所以对工频骚扰的敏感程度很低，但是瞬态电磁骚扰频率较高，很容易耦合到二次设备造成骚扰。 产生瞬态电磁骚扰的途径主要有：高压隔离开关和断路器操作。雷击线路、系统短路故障。靠近高压线路受其工频电磁场作用。局部放电（电晕、沿面放电）。二次回路中的
15、开关操作。电源本身。静电放电等。其中隔离开关操作时变电站最经典和最重要的电磁骚扰源。2.1.3 开关操作瞬态骚扰在一次电路中，当发生开关切合操作时，引起了回路的状态发生变法，从一种稳态像新的稳态震荡。图2.1.3是开关操作的简化模型。当发生开关闭合时，振荡频率为。如果当回路参数L和C的数值都比较小，如切合小容负载等，则产生频率很高的振荡。试验结果表明，用隔离开关切合空载母线时，开关出头间将产生电弧重燃，在回路中形成以系列高频振荡。分闸操作时，振荡幅值随着重燃次数的增加而增大；合闸操作则相反，振荡随着电弧重燃次数的增加而降低，由于开关操作的母线上接有其他电气设备，构成了复杂的振荡网络，这就决定了瞬态振荡电压的波形为包含多种频率分量的衰减震荡波。 图2.1.3 切合开关产生瞬态电压的简化等效电路美国对变电站瞬态电磁场进行了较多的测量，表2.2.2列出美国对115KV、230KV、500KV变电站瞬态电磁场的实测结果。此结果证明了我们上面的分析。开关测量参数 115KV 230KV 500KV电场磁场电场磁场电场磁场隔离开关平均幅值737557014157最大幅值
