CN105137135A - 一种隔离开关模拟电磁骚扰源 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种隔离开关模拟电磁骚扰源，包括试验变压器、电容分压器、可调接地电感、电源侧模拟电容、真空断路器开关、放电球隙和负载侧模拟电容；试验变压器的原边连接电源，副边与电容分压器串联；电源侧模拟电容与电容分压器并联；电源侧模拟电容的正极依次串联真空断路器开关、放电球隙、负载侧模拟电容和接地电感；电源侧模拟电容的负极接地。本发明能够真实的模拟隔离开关分合过程所产生的电磁骚扰过程、地电位升过程，能够输出1.1MHz高强度电磁场；其组装方便、操作简单、测试安全、精度高。

Description

一种隔离开关模拟电磁骚扰源

【技术领域】

本发明属于电磁兼容技术领域，涉及一种隔离开关模拟电磁骚扰源。

【背景技术】

随着电力工业迅速发展、变电站电压等级不断提高，基于微电子检测技术和计算机控制技术的弱电设备被越来越广泛地应用于变电站，电磁兼容不再仅仅是一个与电气利用相关的技术问题，而已成为一个对社会安全稳定、生存环境的质量保障等具有重要意义的社会、经济问题。

2009年美国的奥巴马总统提出了投资智能电网的发展规划，正式将智能电网建设作为一项新能源发展战略纳入了美国国家经济发展规划，欧盟与日本等国也继美国之后纷纷出台了自己的智能电网发展规划。国家电网公司也于2009年公布了我国智能电网的发展规划，我国的智能电网被定义为“坚强智能电网”。目前，我国的坚强智能电网正在全面的建设中，目标就是建设以特高压电网为骨干网架，其它各等级电网协调稳定发展的坚强电网，它能够实现资源和能源在较大范围内的优化配置，能保障安全可靠的电力供应，并且要在坚强电网的基础上实现电网的信息化、自动化和互动化，这就是坚强智能电网“智能”的含义。智能电网的“三化”特征，基础就是电子技术，这就要求在电力系统中起检测作用的电子式互感器必须能够适应智能电网的需求。

作为电力系统中最为重要的开关设备，对电力线路和电力设备起着控制、调节和保护的重要作用，它的身影遍布电力系统的各个角落，然而在变电站中，产生电磁骚扰，并导致电子式互感器发出错误信号，进而引起保护误动作的事故，甚至严重时造成设备无法投运的事故，以隔离开关最为典型，而且随着电压等级的不断升高、电网容量的不断增大，隔离开关操作产生的骚扰越来越强。在电力系统运行时开关要经常操作，如隔离开关切合高压空载母线、断路器切合高压母线、断路器切合高压线路、断路器投切电容器组、还有空载变压器及电抗器的投切操作等，在开关操作时，在高压母线上会产生复杂的瞬态电压和电流，并且在母线周围空间产生瞬态电磁场。这些瞬态电磁过程不仅幅值较高，而且包含的频率分量从几十kHZ到上百MHZ，这就会对变电站内工作的电子式互感器产生电磁骚扰，从而影响电子式互感器的正常工作，进而造成电网保护误动，严重影响电网的安全运行。因此，面对电网快速发展的现实，进行电子式互感器的电磁骚扰特性测试研究势在必行。

电子式互感器测量精度高、暂态响应范围广、绝缘结构简单、体积小、质量轻、无饱和现象，以及输出信号可以直接输入微机数字化计量和保护设备接口等优势，作为传统互感器的替代品已经广泛应用在智能变电站中。但在应用的过程中，暴露出可靠性方面严重的问题，其中最为突出的就是现场电磁环境的适应问题，例如，多次出现断路器或隔离开关操作引起继电保护误动作的情况，并且在GIS变电站中更为突出，阻碍了电子式互感器在电力系统中进一步的推广应用。目前，电子式互感器型式试验中已经规定了电磁兼容试验，但现有试验标准参考了二次设备标准，在试验内容和评价标准上与电子互感器实际电磁环境有较大差异。2000年投运以来，国网公司系统110kV及以上电压等级的电子式电流互感器多次，主要有电磁兼容引起的采集器故障、温度变化引起的误差故障、振动引起的光纤故障和激光供电故障等；国网公司系统110kV及以上电子式电压互感器共发生故障多次，其中绝缘和电磁干扰是引起故障率最高的，从而使某些变电站在隔离开关投切操作时，发生因电磁兼容导致电子式互感器采集器故障而无法投运的事故。虽然目前投运的电子互感器厂家都通过了国标规定的型式试验，但在运行过程中仍然出现不少问题，这说明2007年实施的电子式互感器国家标准规定的检测项目不能完全满足目前智能变电站的运行要求，也说明电子式互感器在设计生产中存在较大的个体差异。因此，如何提高电子式互感器的电磁兼容性能，以及提高电子式互感器长期稳定性成为了目前电力系统关注的热点。

用于电力系统电子设备的基础标准是GB17626电磁兼容试验和测量技术系列标准，GB17626标准是等效采用IEC61000电磁兼容试验和测量技术标准，最新IEC61000标准是在2000年左右颁布实施。电子式互感器的电磁兼容试验是按GB17626有关条款进行试验。目前存在的突出问题是：电子式互感器按标准通过了电磁兼容试验并试验结果合格，但用于变电站实际中出现了较高的电磁防护故障率，这将严重影响智能电网的快速建设和发展，为此需要对变电站的实际暂态电磁环境进行测试、分析研究，以掌握电子式互感器应用的真实电磁环境，改进电磁兼容试验方法和标准，使电子式互感器按改进的电磁兼容试验方法及标准进行试验后，其电磁兼容性满足安全稳定的运行要求。因此急需能够应用于电子式互感器抗扰度性能测试的隔离开关模拟骚扰源的研制。

目前国内对电子式互感器，以及智能电器和在线监测装置的测试试验标准都是以GB/T17626系列标准为基本标准，而其中每个标准对设备的试验都是对性能的单一方面测试试验，没有形成系统试验；而另一方面，由于该标准的来源是IEC标准，因此，国内电力行业对标准的意义并没有深入的研究，普遍只是采用执行标准，从而在实际应用过程中没有发挥出标准的最大价值，造成了电子式互感器在现场应用出现故障的情况成为了大概率事件。概括来说，目前电子式互感器主要存在以下几方面问题：

1)、试验中的参数不能完全满足现场工况；

2)、单一参数的试验强度，低于现场同时多参数叠加的强度；

3)、元件级试验结果不能完全反映系统级试验结果。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种隔离开关模拟电磁骚扰源，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种隔离开关模拟电磁骚扰源，包括试验变压器、电容分压器、可调接地电感、电源侧模拟电容、真空断路器开关、放电球隙和负载侧模拟电容；

试验变压器的原边连接电源，副边与电容分压器串联；电源侧模拟电容与电容分压器并联；电源侧模拟电容的正极依次串联真空断路器开关、放电球隙、负载侧模拟电容和接地电感；电源侧模拟电容的负极接地。

所述隔离开关模拟电磁骚扰源中设有被试电子式互感器；所述被试电子式互感器包括被试电子式电压互感器和/或被试电子式电流互感器；所述被试电子式电压互感器与负载侧模拟电容并联，所述被试电子式电流互感器设置于放电球隙与负载侧模拟电容之间。

试验变压器用于模拟实际变电站现场中的工频高压电源；电容分压器用于实时检测试验变压器的电压；电源侧模拟电容用于模拟实际现场中隔离开关带电刀口侧电容总和；真空断路器开关用于控制模拟电磁骚扰源的通断；放电球隙用于模拟实际隔离开关的通断电弧过程；负载侧模拟电容用于模拟实际现场中隔离开关负载刀口侧电容总和；可调接地电感用于模拟隔离开关接地引线在高频电流作用下所产生的高频电感。

还包括变压器操作控制台、断路器操作控制仪、断路器控制保护装置、球隙控制器、电压电流采集系统及其记录装置、被试电子式互感器的合并单元和录波装置；

变压器操作控制台用于控制试验变压器的电压升、电压降，及试验电压的通断；

断路器操作控制仪用于控制断路器的通断时间，用于模拟实际隔离开关的拉弧通断总时间；

断路器控制保护装置用于控制断路器的通断，并对断路器中的二次装置进行保护；

球隙控制器用于远程控制球隙的间距；

电压电流采集系统及其记录装置用于对隔离开关模拟电磁骚扰源拉弧过程中的高频电磁脉冲电压和电流信号进行采集；

合并单元用于对采集的被试电子式互感器输出的电流和/或电压数字信息进行同步、汇总之后按照标准格式传输给录波装置。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明能够真实的模拟隔离开关分合过程所产生的电磁骚扰过程、地电位升过程，能够输出1.1MHz高强度电磁场；其组装方便、操作简单、测试安全、精度高。本发明除了可以应用于电力系统，而且可以用于电磁生物研究领域，或通信、航空和航天等所有需要进行强磁场环境中电子设备抗干扰测试的领域，可提高上述研究领域的测试结果可靠性，为高频、强磁场的产生提供一种稳定、高效的设计方法。

【附图说明】

图1为本发明一种隔离开关模拟电磁骚扰源的原始图。

【具体实施方式】

请参阅图1所示，本发明一种隔离开关模拟电磁骚扰源一次设备包括试验变压器T、电容分压器C、可调接地电感L、电源侧模拟电容C1、真空断路器开关Q、放电球隙G和负载侧模拟电容C2。

试验变压器的原边连接电源，副边与电容分压器串联；电源侧模拟电容与电容分压器并联；电源侧模拟电容的正极依次串联真空断路器开关、放电球隙、负载侧模拟电容和接地电感；电源侧模拟电容的负极接地。

试验变压器用于模拟实际变电站现场中的工频高压电源；电容分压器实时检测试验变压器的电压；电源侧模拟电容用于模拟实际现场中隔离开关带电刀口侧电容总和；真空断路器开关用于控制模拟骚扰源的通断；放电球隙用于模拟实际隔离开关的通断电弧过程；负载侧模拟电容用于模拟实际现场中隔离开关负载刀口侧电容总和；可调接地电感用于模拟隔离开关接地引线在高频电流作用下所产生的高频电感。

本发明一种隔离开关模拟电磁骚扰源二次设备包括变压器操作控制台、断路器操作控制仪、断路器控制保护装置、球隙控制器、电压电流采集系统及其记录装置、被试电子式互感器及其合并单元和录波装置。被试电子式电压互感器CP与负载侧模拟电容并联，被试电子式电流互感器CT设置于放电球隙与负载侧模拟电容之间。变压器操作控制台用于控制试验变压器的电压升、电压降，及试验电压的通断等；断路器操作控制仪用于控制断路器的通断时间，用于模拟实际隔离开关的拉弧通断总时间；断路器控制保护装置用于控制断路器的通断，并对断路器中的二次装置进行保护；球隙控制器用于远程控制球隙的间距；电压电流采集系统及其记录装置用于对隔离开关模拟骚扰源系统拉弧过程中的高频电磁脉冲电压和电流信号进行采集；被试电子式互感器及其合并单元和录波装置，包括需要测试的试品，以及用于测试试品受到电磁骚扰的检测装置。

试验时通过控制真空断路器开关的通断、放电球隙的通断、调节可调接地电感的电感，真实的模拟电力系统的真实骚扰状态，通过合并单元和电压电流信号采集装置实时采集被试电子式互感器的输出数据，判断其是否符合标准。

1、试验变压器选用容量为500kW，最高输出电压为500kV，可以模拟500kV及以下电压等级的变电站一次回路电源设备，起到给隔离开关模拟骚扰源试验系统提供一次电源的作用。电容分压器是由两节绝缘筒式无晕耦合电容组成，变比为2000:1，单节最大电容为800pF，用于试验过程中对变压器的输出电压进行检测，并将检测数据传递至变压器操作控制台。变压器操作控制台用于对不同电压等级电子式互感器进行试验时，对试验电压等级进行调节和设置。

2、模拟电容包括电源侧模拟电容和负载侧模拟电容，分别用于模拟隔离开关刀闸两侧线路和设备的对地电容总和。根据不同变电站隔离开关两侧电容值的不同，隔离开关模拟骚扰源系统配置了最高耐受电压为110kV，容量为1000pF和2000pF的高压电容各四只，从而可以通过不同容量的电容搭配实现从1000pF～12000pF的电容模拟。由于试验系统较为庞大，为了设备的试验布置和维护方便在模拟电容的底部安装了移动平台，从而可实现电容的自由移动。

3、真空断路器开关采用双断口模式，这样可以在两个小间隙的情况下实现比单断口更高的电压通断，从而提高断路器开关的开断能力，两个断口额定电压均为35kV，耐压112kV，断口开距为22mm，整个断路器断口能够耐压200kV，对地耐压230kV。

4、放电电极是由两个铜球组成，球隙放电是当两电极之间的电压超过空气击穿电压时，而产生的空气击穿放电，因此通过调节球隙之间的距离可以控制球隙的放电电压，从而模拟不同电压等级的隔离开关电弧过程。

5、可调接地电感用于模拟隔离开关放电过程中由于接地导线在高频电流作用下产生的高频电感所造成的地电位升。隔离开关模拟骚扰源为了真实模拟现场隔离开关的开断过程，并研究其瞬态地电位升的原理，其总感抗值为10μH。

6、断路器操作控制仪连接于断路器操作机构，电源采用三级变压器隔离、控制信号采用光电隔离，具有很强的抗干扰能力，能够实现ms级的开关分、合控制，来模拟实际隔离开关的拉弧通断过程。

7、电压电流采集系统，电压测量范围在500kV以上，频率范围为50Hz～250MHz；电流测量范围在0～3kA，测量频率为200kHz～100MHz，高频电压、电流测量精度都在3％以内。

8、模拟骚扰源电子式互感器录波装置原理，电子式互感器采集到的电流或电压信号，根据IEC618509-1和IEC618509-2标准，经过光纤传输到合并单元，在合并单元同步采集三相电流电压输出的数字信息，汇总之后按照标准所要求的格式，通过光纤传输给光电转换单元，经过转换后通过以太网络传输给报文采集单元，数据经过处理之后再传输给暂态录波单元，最终所采集到的数据以报文数据和波形数据两种形式传输到用户后台管理机。

Claims (4)

1.一种隔离开关模拟电磁骚扰源，其特征在于，包括试验变压器、电容分压器、可调接地电感、电源侧模拟电容、真空断路器开关、放电球隙和负载侧模拟电容；

试验变压器的原边连接电源，副边与电容分压器串联；电源侧模拟电容与电容分压器并联；电源侧模拟电容的正极依次串联真空断路器开关、放电球隙、负载侧模拟电容和接地电感；电源侧模拟电容的负极接地。

2.根据权利要求1所述的一种隔离开关模拟电磁骚扰源，其特征在于，所述隔离开关模拟电磁骚扰源中设有被试电子式互感器；所述被试电子式互感器包括被试电子式电压互感器和/或被试电子式电流互感器；所述被试电子式电压互感器与负载侧模拟电容并联，所述被试电子式电流互感器设置于放电球隙与负载侧模拟电容之间。

3.根据权利要求1所述的一种隔离开关模拟电磁骚扰源，其特征在于，试验变压器用于模拟实际变电站现场中的工频高压电源；电容分压器用于实时检测试验变压器的电压；电源侧模拟电容用于模拟实际现场中隔离开关带电刀口侧电容总和；真空断路器开关用于控制模拟电磁骚扰源的通断；放电球隙用于模拟实际隔离开关的通断电弧过程；负载侧模拟电容用于模拟实际现场中隔离开关负载刀口侧电容总和；可调接地电感用于模拟隔离开关接地引线在高频电流作用下所产生的高频电感。

4.根据权利要求2所述的一种隔离开关模拟电磁骚扰源，其特征在于，还包括变压器操作控制台、断路器操作控制仪、断路器控制保护装置、球隙控制器、电压电流采集系统及其记录装置、被试电子式互感器的合并单元和录波装置；

变压器操作控制台用于控制试验变压器的电压升、电压降，及试验电压的通断；

断路器操作控制仪用于控制断路器的通断时间，用于模拟实际隔离开关的拉弧通断总时间；

断路器控制保护装置用于控制断路器的通断，并对断路器中的二次装置进行保护；

球隙控制器用于远程控制球隙的间距；

电压电流采集系统及其记录装置用于对隔离开关模拟电磁骚扰源拉弧过程中的高频电磁脉冲电压和电流信号进行采集；

合并单元用于对采集的被试电子式互感器输出的电流和/或电压数字信息进行同步、汇总之后按照标准格式传输给录波装置。