论文部分内容阅读
摘要：变电站的二次回路位于强电磁环境中，一些智能的设备会受到一定程度电磁干擾信号的影响。最近几年，由于刀开关的操作干扰了变电站的二次回路，导致了智能设备的异常运行。所以，研究变电站二次回路中涉及到的电磁兼容问题具有十分重要的意义。本文分析了某110kV智能变电所合并单元在使用过程中出现的异常运行情况。对导致合并单元运行异常的原因进行了分析，在合并单元上进行标准电磁兼容性相关实验。改进了合并单元的一些关键结构，总结了暂态扰动信号的频率、时间、幅值的联合特征。最后，针对如何提高局部就地合并单元出现的电磁兼容性提出了一些合理化建议。
关键词：110kV智能变电站；合并单元；异常情况；对策
引言
在变电站运行过程中，雷电干扰、高压开关操作干扰和一次系统短路故障干扰是影响最大的干扰。变电站隔离开关、断路器等一次设备运行时，会产生一定的电磁干扰，这些干扰通过各种耦合会进入到二次回路中。当系统发生短路故障的时候，会有较大的短路电流流经变电站的接地网和架空导线，并且会在二次电缆线的周围产生比较强的空间磁场，给二次设备带来很大的干扰，雷电以传导、辐射和耦合的形式穿透二级设备。
1.事件概况
图1所示的是本文研究的110kV变电站一次接线图，该变电站应用了单母分段的常规接线方式，它配置有一台主变，并且没有10kV的出线。该变电站的智能终端、合并单元就地安装在GIS柜内，并且采用了常规互感器，线路间隔合并单元顺利接入间隔CT和线路单相PT。在启动的时候，刀开关进行操作，合并单元重启，出现了丢点现象。
2.处理步骤
2.1第一阶段
第一，我们怀疑由于合并单元的电路板受损导致出现了异常情况。除了交流采样电路板外，合并单元的所有电路板都被更换，程序也进行相应的升级，电力传输异常仍然存在，所以，排除了合并单元电路板的问题。
第二，因为合并单元出现了重新启动，所以，检查了合并单元内的直流电源模块。在合上进线刀开关时，用万用表对合并器背板工作电源的正、负电压进行监测。我们发现，工作电压从220V下降到110V左右，怀疑是外部直流电源存在问题。当变电站重新申请停电时（断电时GIS设备配备防雨罩，刀开关不参与并网的相关电路），检查直流系统，发现直流系统正常，没有交流电混合，设备接地也完整可靠。
2.2第二阶段
为了深入的寻找原因，该变电站申请再次计划送电，这一次我们从电磁干扰和直流电源两个方面着重查找原因。
1）监测变电站的直流电压。在倒闸的时候，用万用表监测变电站柜内的有关直流进线电压，示波器监测合并单元相关的直流工作电压。
2）把独立的直流电源应用其中。
3）对电磁的干扰源进行排查。
4）找到电磁干扰的入侵之路。在连接逐渐恢复后，应该先恢复电源板的连接。这个时候，交流电板仍被拔出，在操作过程中合并单元的不正常现象重新出现。
5）寻找电磁干扰的耦合模式。通过观察发现，连接到电源的直流二次线路和连接到合并单元中的CT二次线路捆扎在了一起。虽然已卸下交流电板，但干扰源还是可以侵入交流电板，并侵入电源模块，导致异常。
6）切断电磁耦合路径。合并单元的接线恢复正常运行，直流电缆与交流电缆将被隔离，再次运行时合并单元不会出现异常。
2.3第三阶段
因为合并单元中的丢点现象还是没有消失，所以，对合并单元再次展开了电磁兼容的实验，还在相关实验的基础上对其开展了相应的整改措施。
1）最初的设计采用的是双DSP插件来实现MU功能。DSP插件之间的内部通信是通过总线背板来实现的。新的设计把原有的双DSP模块集成在了一个插件中，无需通过总线背板进行通信。这种改进可进一步提高该设备的抗干扰能力。
2）机箱加工采用全导电加工方式，增强了该设备的整体抗电磁干扰性能，增加了机箱的完整度，增强了机箱的各部件电气连接的可靠性。改进了MU机箱的有关结构，改进了分板的连接方式，提高了机箱的整体导电性。根据实验过程，该装置运行正常，没有丢点现象，进一步提高了系统的抗干扰性能。在快速瞬态干扰实验中，该装置可保证在4.4kV/100kHz条件下无丢点现象。
2.4第四阶段
修正后的MU重新启动，没有发生丢点现象。为了对MU的电磁干扰强度进行定量分析，对刀开关拉合时产生的电磁暂态干扰信号进行了测量。当连接到合并单元的直流电路二次线路和CT二次线路分开的时候，合并单元不会重新启动。从时域波形可以看到，直流电源通道中暂态扰动信号（差分模式干扰）的峰值在布线后增加了约200V，在合并单元地线上的扰动信号电压峰值大约增加了1000V。结果表明，CT二次线路中出现的暂态扰动信号与合并单元地线和直流电路二次线耦合。傅里叶变换通常可用于分析信号的有关频谱特性，但不能提供和时间有关的信息。刀开关操作产生的瞬时电磁干扰信号是瞬态信号。如果对信号进行傅里叶变换分析，就不能对信号的联合时频特性进行分析。而短时傅立叶变换则可以提供信号的频率和相关时间信息。
3结语
本文分析了变电站合并单元发生异常的原因，并采取了相应的措施。通过对前两阶段的处理，确定了合并单元重新启动的真正原因是刀开关产生的电磁干扰经过CT二次电路耦合到直流电源中。第三阶段对合并单元进行了电磁兼容的有关实验，并对合并单元进行了一定的升级和改进，提高了该设备在强电磁环境下抗干扰的能力。在升级合并单元后，变电站再次送电。在功率传输过程中，对刀开关拉合时产生的瞬态电磁干扰信号进行了测量，并对干扰信号的幅值和频率进行了分析。
参考文献
[1]高长征.复杂结构电磁场问题的快递计算方法研究及其应用[D].北京：华北电力大学，2009.
[2]候俊，王建国，饶章权，等.500kV隔离开关操作时电流互感器二次侧干扰信号的测试与分析[J].电测与仪表，2005，42（474）：41-43.
（作者单位：国网浙江象山县供电有限公司）
关键词：110kV智能变电站；合并单元；异常情况；对策
引言
在变电站运行过程中，雷电干扰、高压开关操作干扰和一次系统短路故障干扰是影响最大的干扰。变电站隔离开关、断路器等一次设备运行时，会产生一定的电磁干扰，这些干扰通过各种耦合会进入到二次回路中。当系统发生短路故障的时候，会有较大的短路电流流经变电站的接地网和架空导线，并且会在二次电缆线的周围产生比较强的空间磁场，给二次设备带来很大的干扰，雷电以传导、辐射和耦合的形式穿透二级设备。
1.事件概况
图1所示的是本文研究的110kV变电站一次接线图，该变电站应用了单母分段的常规接线方式，它配置有一台主变，并且没有10kV的出线。该变电站的智能终端、合并单元就地安装在GIS柜内，并且采用了常规互感器，线路间隔合并单元顺利接入间隔CT和线路单相PT。在启动的时候，刀开关进行操作，合并单元重启，出现了丢点现象。
2.处理步骤
2.1第一阶段
第一，我们怀疑由于合并单元的电路板受损导致出现了异常情况。除了交流采样电路板外，合并单元的所有电路板都被更换，程序也进行相应的升级，电力传输异常仍然存在，所以，排除了合并单元电路板的问题。
第二，因为合并单元出现了重新启动，所以，检查了合并单元内的直流电源模块。在合上进线刀开关时，用万用表对合并器背板工作电源的正、负电压进行监测。我们发现，工作电压从220V下降到110V左右，怀疑是外部直流电源存在问题。当变电站重新申请停电时（断电时GIS设备配备防雨罩，刀开关不参与并网的相关电路），检查直流系统，发现直流系统正常，没有交流电混合，设备接地也完整可靠。
2.2第二阶段
为了深入的寻找原因，该变电站申请再次计划送电，这一次我们从电磁干扰和直流电源两个方面着重查找原因。
1）监测变电站的直流电压。在倒闸的时候，用万用表监测变电站柜内的有关直流进线电压，示波器监测合并单元相关的直流工作电压。
2）把独立的直流电源应用其中。
3）对电磁的干扰源进行排查。
4）找到电磁干扰的入侵之路。在连接逐渐恢复后，应该先恢复电源板的连接。这个时候，交流电板仍被拔出，在操作过程中合并单元的不正常现象重新出现。
5）寻找电磁干扰的耦合模式。通过观察发现，连接到电源的直流二次线路和连接到合并单元中的CT二次线路捆扎在了一起。虽然已卸下交流电板，但干扰源还是可以侵入交流电板，并侵入电源模块，导致异常。
6）切断电磁耦合路径。合并单元的接线恢复正常运行，直流电缆与交流电缆将被隔离，再次运行时合并单元不会出现异常。
2.3第三阶段
因为合并单元中的丢点现象还是没有消失，所以，对合并单元再次展开了电磁兼容的实验，还在相关实验的基础上对其开展了相应的整改措施。
1）最初的设计采用的是双DSP插件来实现MU功能。DSP插件之间的内部通信是通过总线背板来实现的。新的设计把原有的双DSP模块集成在了一个插件中，无需通过总线背板进行通信。这种改进可进一步提高该设备的抗干扰能力。
2）机箱加工采用全导电加工方式，增强了该设备的整体抗电磁干扰性能，增加了机箱的完整度，增强了机箱的各部件电气连接的可靠性。改进了MU机箱的有关结构，改进了分板的连接方式，提高了机箱的整体导电性。根据实验过程，该装置运行正常，没有丢点现象，进一步提高了系统的抗干扰性能。在快速瞬态干扰实验中，该装置可保证在4.4kV/100kHz条件下无丢点现象。
2.4第四阶段
修正后的MU重新启动，没有发生丢点现象。为了对MU的电磁干扰强度进行定量分析，对刀开关拉合时产生的电磁暂态干扰信号进行了测量。当连接到合并单元的直流电路二次线路和CT二次线路分开的时候，合并单元不会重新启动。从时域波形可以看到，直流电源通道中暂态扰动信号（差分模式干扰）的峰值在布线后增加了约200V，在合并单元地线上的扰动信号电压峰值大约增加了1000V。结果表明，CT二次线路中出现的暂态扰动信号与合并单元地线和直流电路二次线耦合。傅里叶变换通常可用于分析信号的有关频谱特性，但不能提供和时间有关的信息。刀开关操作产生的瞬时电磁干扰信号是瞬态信号。如果对信号进行傅里叶变换分析，就不能对信号的联合时频特性进行分析。而短时傅立叶变换则可以提供信号的频率和相关时间信息。
3结语
本文分析了变电站合并单元发生异常的原因，并采取了相应的措施。通过对前两阶段的处理，确定了合并单元重新启动的真正原因是刀开关产生的电磁干扰经过CT二次电路耦合到直流电源中。第三阶段对合并单元进行了电磁兼容的有关实验，并对合并单元进行了一定的升级和改进，提高了该设备在强电磁环境下抗干扰的能力。在升级合并单元后，变电站再次送电。在功率传输过程中，对刀开关拉合时产生的瞬态电磁干扰信号进行了测量，并对干扰信号的幅值和频率进行了分析。
参考文献
[1]高长征.复杂结构电磁场问题的快递计算方法研究及其应用[D].北京：华北电力大学，2009.
[2]候俊，王建国，饶章权，等.500kV隔离开关操作时电流互感器二次侧干扰信号的测试与分析[J].电测与仪表，2005，42（474）：41-43.
（作者单位：国网浙江象山县供电有限公司）