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1、第四章 变电所的暂态干扰4.1 概述在第三章里已经讨论了电磁干扰的传递途径，包括电的耦合（阻性耦合）；电容耦合；磁耦合；射线耦合。还讨论了在数学上如何描述这些传递路径；到达接收机的干扰量的定量判断；以及预防措施。在讨论电容耦合时，强调了“杂散电容”，而不是人为接入的“电容器”；讨论磁耦合时，强调了一个电流回路在另一个电流回路的旁边，即互感的存在。但在变电所里情况有所不同。变电所含一次部分： 电力的传播和分配 二次部分： 测量、控制、保护由于雷击、开关操作、故障等原因，在一次回路里会出现暂态过程（平时我们称过电压）。这种一次回路里的暂态过程会通过各种传递途径传递到二次回路，这将可能干扰二次回路的
2、正常工作（造成误动作），甚至破坏二次设备。本章不去讨论一次回路里的暂态过程，这在电力系统过电压课程里已经详细讨论过了。主要讨论：二次回路的暂态干扰，即一次回路的暂态电压是通过怎样的路径传递到二次回路的；二次回路干扰量的定量分析；以及较小干扰的措施。传递路径：变电所暂态电压的传递路径，归根结底还是第三章所讨论的几种。不同之处在于除了“杂散电容”和“空间磁耦合”以外，还存在一些联系一次回路和二次回路的元件，例如：PT、CT等。电磁式电压互感器：负载高压母线其中有：磁的耦合杂散电容的耦合高压母线负载电容式电压互感器：其中有：电容的耦合杂散电容的耦合磁的耦合负载高压母线电流互感器：其中有：磁的耦合杂散
3、电容的耦合在电力系统电磁兼容（第四章的第五、六节，67页起），分别对两种电压互感器的暂态响应进行了分析。本章将介绍这些内容，作为对第三章的补充。一次回路里的暂态电压与回路参数、运行方式、元件参数、开关特性等许多因素有关。现场实测表明其波形为包含多种频率分量的衰减振荡波。IEC推荐的暂态电压的典型波形以及用来描述波形的参数如下（贺书P60，图48）：其中，U1最大峰值电压； U3峰峰值电压； U2/T2电压的最大上升速率；T1最大峰值的上升时间T3单个子脉冲的衰减时间，2050s；T4脉冲持续时间，可能超过一秒；f1最高振荡频率f2振荡频率（f2 f1），约为200kHz1MHz；f3子脉冲的重
4、复频率；暂态电压越高，当然危害越大（对一次和二次都是这样）。暂态电压的频率、电压上升时间对设备的影响也很大。越大，对变压器的纵绝缘越不利；对二次回路中特别是电子器件也不利；在干扰的传递过程中，杂散电容、导线电感等的影响也更显著。GIS在电力系统中的应用得到推广，其中使用SF6等高强度绝缘气体，它的操作（如隔离开关动作）会产生很陡的暂态电压。因为操作形成的除了和回路参数有关以外，还与介质的击穿场强E0的平方成正比。在均匀电场中，SF6的E0约为空气的23倍。故在间隙距离相同的情况下，SF6中产生的为空气中的49倍。根据1.6节中所述，如何电压波形都可用Fourier级数或积分表达。电力系统电磁兼
5、容P.67把这类暂态波形表达为：式中，Un、Um分别为n项和m项干扰电压的幅值；Tn、Tm分别为n项和m项干扰电压衰减的时间常数；m 高频干扰电压的角频率；m 高频干扰电压的相位角。一次回路里由于开关操作、短路故障、雷击等产生的暂态电压基本上可分为若干项衰减的直流部分和若干项衰减的高频振荡部分。4.2 电磁式电压互感器对暂态电压的响应下面分别讨论这种互感器对衰减的直流电压和衰减的高频干扰电压的响应。4.2.1 对衰减的直流电压的响应设一次侧干扰电压为，衰减的时间常数Tn通常为几个周波。这是比较慢的速度，互感器内部的杂散电容（分布电容）可以忽略不计。这样互感器的等值电路为：R1 一次绕组电阻；L
6、1 一次绕组的漏感；Lm 励磁电感； 二次绕组电阻的折算值； 二次绕组漏感的折算值； 负载电阻的折算值； 负载电感的折算值。列方程求解可得其中，； （电压互感器的时间常数）。注意到： Lm是励磁电感，其数量是很大的，很大。对于高压互感器而言（如110500kV）通常 ，因此，上式右边第二项 很小（但衰减得很慢）。 是很小的 右边第三项衰减很快。因此，上式右边起主要作用的是第一项。这意味着：一次侧衰减的直流暂态电压u1(t) 在二次侧可以充分地得到响应，即 相当真实地传至二次侧回路。4.2.2 对高频暂态电压的响应前面已经介绍过，暂态电压高频分量的振盈频率可达几百kHz，乃至MHz，因此在研究互
7、感器的响应时，又需考虑互感器内部的分布电容，这是一个包括L、C、R的复杂网络。近似地看，至少可以画出以下的等值电路。C1 一次绕组对地电容；CE 二次绕组对地电容；互感器导线负载Ck 一、二次绕组之间的耦合电容；CS 连接导线的对地电容；ZB 负载阻抗；在电力系统电磁兼容P.69中，对此电路作进一步简化，再把二次侧的参数归并到一次侧，然后列方程求解，最后把结果表示成传输系数k的形式。所谓传输系数k，其含义为 ，其中： u1 是一次侧的高频电压，频率为； u2 是折算到一次侧的二次响应电压。对不同的电压，传输系数k是不同的。除了以外，k当然与复杂网络（等值电路中各元件）参数有关。 由于电感电容的
8、存在，网络存在自振（角）频率； 由于绕组和负载中存在电阻，即存在衰减系数。贺书p70图4-20给出了不同衰减系数时k与的关系曲线。由图可见， 高频暂态电压也能很好地传至二次回路； 当一次侧暂态电压的频率等于或接近于互感器回路的自振频率时，二次侧的响应电压会相当高； 实际上，互感器回路的自振频率并不只有一个； 衰减系数越大，的幅值会越小。随回路参数而变。绕组电阻/绕组漏感，即越小，越大；负载中电阻越小，越大；对地电容越小，越大。4.3 电容式电压互感器对暂态电压的响应电容式电压互感器的原理接线图：C1为高压臂电容；C2为低压臂电容；L为补偿电感；CK为补偿电容；RF为抑制铁磁谐振用的阻尼电阻(消
9、耗的功率一般为400600W)。应用等效发电机原理（戴维宁定理），这个电路可改画成：开路电势。即把a、b两点的右边断开，求a、b之间的电压。C：短路阻抗。即把电源短接（把高压端接地），从a、b两点向左看所得到的阻抗，。4.3.1 对衰减的直流电压的响应， 在电磁式电压互感器的情况下，如果忽略等式右边的第二、第三项， 在电容式电压互感器的情况下，由于C（C1C2）和Ck等电容的存在（C的数量在几十F），情况要复杂些。在中除了衰减的直流分量外，还包含有振荡分量（频率不高，很大）。有人列出等值电路并进行近似计算，得到的结果如下：书p71.这个算例中，忽略了互感器内部的等值电容，包括Ck在内。在p71
10、还有一张图4-23(b)，如上页左下图。该图表示，如果考虑互感器内部的等值电容，包括Ck，则在上还将叠加有高频分量。该高频分量的幅值与阻尼电阻RF的功耗PRF有关。PRF越大，即RF越小，高频分量的幅值越小。4.3.2 对高频干扰电压的响应如p72图4-24，还是用传输系数k和的关系曲线来表示。 由于阻尼电阻RF的存在，使传输系数k与电磁式互感器相比明显要低得多。 阻尼电阻RF的功耗PRF越大，k越低。（特别是谐振幅值）图中的PHB是电压互感器的输出额定功率。 电容分压器的电容量C也起减小的作用。C越大k越低。 当干扰信号的频率升高时，k衰减得相当快（与电磁式PT相比）。4.4 减小二次回路暂
11、态干扰的措施4.1节已指出，本章主要讨论一次回路的暂态电压通过互感器传递到二次回路的暂态干扰。当然变电所二次回路的干扰并不只是这种暂态干扰。第三章所讨论的各种类型的耦合型式及其限制措施都存在和适用。这一节所谈的措施是针对本章所讨论的暂态干扰。这种暂态电压的特点是幅值高。 一次回路的暂态电压是由于开关操作、雷击、短路故障等原因造成，其幅值就高于额定电压。 通过互感器传递到二次回路，互感器的传输系数可以明显大于1。就是说二次回路里，这种暂态过电压的倍数会高于（明显高于）一次回路。主要的措施：(1) 采用电容器和非线性电阻组成的浪涌吸收器抑制暂态干扰。通常在互感器的二次侧设置浪涌吸收器。C一般可取0.5以下。非线性元件可采用SiC、 ZnO、放电管或者稳压管等。关于非线性元件下章还会有介绍。(2) 在二次回路采用适当的滤波器；(3) 对电容式PT，选用适当的阻尼电阻，增加功率损耗，以抑制干扰电压。顺便指出，各类互感器原、副绕组之间应当装设屏蔽层并接地，即起隔离变压器的作用。这有利于切断接地电流回路，减小共模/差模转换因子（GGKF），见3.1节。28
