电子互感器强电磁环境下的电磁干扰建模与抑制方法研究

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随着电力系统智能化的发展,越来越多的电子设备集成到气体绝缘变电站(Gas Insulated Substation,GIS)系统当中。作为变电站内主要的测量设备,电子互感器具有良好的动态特性和频率响应特性,逐渐取代传统的电磁互感器。然而,当变电站内隔离开关操作时,会产生幅值高、频率大的暂态电磁干扰,耦合到由集成电路芯片组成的低压电路单元中,导致电子互感器在实际使用中具有极高的故障率。因此,本文针对GIS变电站中的电子互感器的电磁干扰与抑制方法进行研究,主要包括以下几个方面。第一,分析了隔离开关操作时的暂态过程,研究了特快速暂态过电压(Very Fast Transient Over-voltage,VFTO)及特快速暂态过电流(Very Fast Transient Over-current,VFTC)的产生机理。首先,对GIS变电站系统进行等效建模并通过实验验证,研究隔离开关分合闸操作时的电磁干扰特性及影响因素。其次,对不同电压等级下电子互感器传感单元的输出信号进行测量,分析隔离开关操作时电子互感器的干扰特性。第二,以某厂家的电压电流组合式电子互感器的采集单元为例,研究其在隔离开关操作时产生的强电磁环境中的电磁干扰问题。首先,基于电子互感器的实际结构,搭建仿真模型,得到互感器管道内部及采集室内的电磁场分布情况。然后,进一步分析采集单元内部的电磁干扰,包括耦合进屏蔽壳内的电磁场对PCB的辐射干扰以及设备线上的感应电压对关键电路的传导干扰。最后,研究了采集单元板级谐振及微带线串扰问题。第三,对电子互感器电磁干扰的抑制方法进行了研究。分别从干扰源、耦合路径和受扰设备三个角度对电子互感器的电磁干扰进行抑制,包括在系统中添加铁氧体磁环、阻波器抑制干扰源,改善屏蔽结构阻断耦合路径以及通过滤波和添加去耦电容的方式提升电子互感器采集单元的抗干扰性能,之后通过仿真验证以上抑制方法的有效性。研究表明隔离开关操作时的最大过电压在1.2~1.9 p.u.之间,并受到系统输入输出电容、母线残余电压以及刀闸运动速度影响。产生的暂态电磁干扰会以辐射干扰、传导干扰以及板级串扰、谐振的方式影响电子互感器正常运行,可以通过抑制干扰源、阻断耦合路径及提升抗干扰性能方面提高电子互感器运行的可靠性。
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