1、.500kV 天一变电站暂态电磁骚扰分析张建功 陈豫朝(国网电力科学研究院，湖北省武汉市 430074）ANALYSIS ON TRANSIENT ELECTROMAGNETIC DISTURBANCE IN 500KVTIANYI SUBSTATIONZhang Jiangong， Chen YuchaoState Grid Electric Power Research Institute，Wuhan, Hubei Province, 430074Abstract: Switching operation in substation may produce transient electr
2、omagnetic disturbance in device secondary port. Inorder to acquire the data of transient electromagnetic disturbance in 500kV tianyi substation, Measure the transient EMI onthe PT and CT secondary port in protect room while disconnector is closing for energering bus,circuit breaker is closing forcha
3、rging transformer and transmission line with no load, circuit breaker is opening for turning off transmission line, analysethe amplitude and frequency characteristic of the transient EMI. This level of the transient EMI measured in 500kV tianyisubstation is less than the limitation of DL/Z713-2000im
4、munity requirement for protection and control equipment in 500Kvsubstation.Key words: 500kV substation, switching operation, transient electromagnetic disturbance, spectrum analysis摘要：变电站开关操作通常会在设备的二次端口产生暂态电磁骚扰。为了获得 500kV 天一变电站暂态电磁骚扰数据，本文测量了宁波 500kV 天一变电站母线充电时投线路侧隔离开关、断路器投空载变压器、断路器投空载长线和断路器切空载长线等操作时
5、在 PT 和 CT 二次端口产生的暂态电磁骚扰，分析了测试数据幅值和频率特性，最后得出本次测量的 500kV 天一变电站暂态骚扰水平低于 DL/Z713-2000500 kV 变电所保护和控制设备抗扰度要求规定的限值。关键词：500kV 变电站，开关操作，暂态电磁骚扰，频谱分析1 引言高压输变电设施是典型的复杂电磁环境代表，同时是大多数电磁骚扰现象的发射源。在变电站/换流站运行过程中会出现高压、大电流、雷电、操作冲击以及多种放电现象的电磁骚扰，使得采用微电子技术的保护、控制等二次设备面临恶劣的工作环境，轻者会降低这些设备的运行性能或产生误动，重者会发生设备损坏、停电甚至电网瘫痪，因此变电站的电
6、磁兼容问题引起了电力系统运行部门和二次设备生产商的广泛关注。国外从 20 世纪 60 年代开始了电力系统电磁环境和电磁干扰问题的研究，特别是 1970 年以后逐步由定性研究转为定量研究，在干扰测量和分析方面美国电力研究院(EPRI-Electric Power ResearchInstitute)自 1978 年开展的以变电站电磁瞬态为课题的专项研究工作，直到 1993 完成了变电站电磁暂态的报告，涉及变电站瞬态电磁环境的建模方法、预测计算和测量技术等1-3。1997 年 CIGRE 颁布了发电厂和变电站电磁兼容导则，对 500kV 以下变电站的暂态骚扰进行了描述4 。由于变电站电磁骚扰水平主
7、要与电压等级、设备布置、设备材料和工艺有关，且现在变电站设备的制造工艺水平有了很大的提高，以上这些研究对于我国 500kV 变电站的实际指导意义不大。我国在 2000 年制定了 DL/Z7132000 500kV 变电所保护和控制设备抗扰度要求5 。原武汉高压研究所联合华北电力大学在 2003 年至 2005 年间分别对 8 个 500kVAIS 变电站和 1 个 220kV 变电站的暂态骚扰进行了实测与分析，得出了 500kV AIS 变电站的暂态骚扰水平6-8。.本文在宁波 500kV 天一变电站，对开关操作在设备二次端口产生的暂态电磁骚扰进行了实测，163.利用信号处理技术，对所测的骚扰
8、信号进行了时域和频域分析，获得了本次测量的电磁骚扰幅值和频域水平。2 变电站简介及二次设备抗扰度要求宁波电业局 500kV 天一变电所位于鄞州区云龙镇，占地 122 亩，于 2002 年 3 月投入运行，是宁波地区第一座 500kV 变电所，是浙东电网重要的电力枢纽，担负着宁波市将近 1/3 负荷。该站现有 750MVA 分相主变三台； 500kV 配电装置采用 3/2 接线，现建成完整线路串一串及两个半串的不完整线路串，主变串半串，线变串一串，分别连接北仑电厂、500kV 兰亭变电所和 500kV宁海变电所。220kV 配电装置采用管母，双母线双分段接线方式，现有出线 10 回。35kV 配
9、电装置共配 6 组低压电抗器、2 组电容器。500kV 变电站二次设备订购或招标中所采用的电磁兼容性能要求主要参照 DL/Z713-2000500kV 变电所保护与控制设备抗扰度要求。DL/Z713-2000 中与变电站开关操作有关的抗扰度试验要求如表 1 所示。表 2 变电站二次设备振荡波限值3 母线充电时投线路侧隔离开关500kV 线路投空载母线时的主接线示意图如图 1 所示。测量时 500kV 线路已带电，母线未带电，母线充电时的操作顺序为：投母线侧隔离开关线路侧隔离开关投断路器。在继保小室内测量了投母线侧隔离开关时 PT、CT 二次端口和电源端口的信号。示波器捕获的波形43210-1-
10、2-3-4-0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045时间 s图 1 母线充电主接线示意图 图 2 220V 电源端口信号图 2 为 220V 电源端口信号，由图可知隔离开关动作时，在 220V 站用电端口没有检测明显的骚扰信号。CT 二次端口暂态骚扰如图 3 所示，PT 二次端口暂态骚扰如图 4 所示。由图可知隔离刀闸操作时，隔离开关的触头间电弧重复燃烧会产生频率很高、幅值较强的阻尼振荡波，随着电弧熄灭.试验名称 共模 差模振荡波（振铃波） 4kV 2kV阻尼振荡波 2.5kV 1kV电压比值后逐渐消失。图 5 和图 6
11、 分别为 CT 和 PT 二次端口单个暂态干扰的频谱特性图。164.图 3 CT 二次端口信号 图4 PT 二次端口信号图 5 CT 二次端口信号频谱特性 图 6 PT 二次端口信号频谱特性表 2 给出母线充电时隔离刀闸操作时在二次端口所实测到的骚扰信号幅值和频率特性。PT 二次端口的幅值为 140V，主导频率为 480600kHz，单个高频振荡波持续时间为 2030s ；CT 二次端口的幅值大于 120A，主导频率为 1.2MHz，单个高频振荡波持续时间为 2540s ；站用电源上有微弱的波动，未检测到明显的干扰信号。表 2 母线充电时投线路侧隔离开关产生的骚扰信号特性4 断路器投主变压器本
12、次测量中投主变压器时 500kV、220kV 母线均已带电，1 号主变压器未带电，进行了 1 号主变压器投运试验，变压器周围的隔离开关、断路器操作为：先闭合隔离开关（依次为 35kV 侧、220kV侧、500kV 侧），再闭合断路器（依次为 35kV 侧、220kV 侧、500kV 侧），将主变压器投入运行。投主变压器时的主接线示意图如图 7 所示。由于各隔离开关和断路器间的操作时间短，测量了 220kV.受干扰端口 最大峰值 主导频率（kHz） 频率范围（kHz） 单个振荡波持续时间（s）CT 二次侧 120A 1200 7001500 2030PT 二次侧 140V 250800 2501
13、250 2540侧断路器投变压器时在二次端口引起的骚扰。165.图 8 为 CT 二次端口信号，由图可知断路器时产生的电磁暂态过程与操作隔离开关时产生的相类似。但断路器由于动作速度快，且有灭弧功能，暂态电流总的持续时间比隔离开关操作时要短得多，产生的总脉冲数也少得多，暂态脉冲的幅值比隔离开关操作时的小。PT 二次端口暂态骚扰如图 9 所示，220kV 断路器操作时，在变压器 220kV 侧 PT 的二次端口几乎没有引起干扰。图 10 是在图 8 上截取的单个振荡波展开图，图 11 是对图 10 的傅立叶分析。图 7 投主变压器时的主接线示意图图 8 变压器 220kV 侧 CT 二次端口信号图
14、 10 CT 二次端口信号单个振荡波图 9 变压器 220kV 侧 PT 的二次端口信号图 11 CT 二次端口信号频谱特性表 3 给出本次在天一站测量断路器投变压器时在 CT 和 PT 二次端口所实测到的骚扰信号幅值和频率特性，从表中可以看出，500kV 天一变电站 CT 二次侧端口测量的骚扰最大幅值为 24A，主导频率为 0.9MHz，频率范围从 0.5MHz 至 2MHz；单个高频振荡波持续时间为 2s，为 220kV 变电站测量结果的 1/30 至 1/20。PT 端口和 220kV 站用电端口几乎没有骚扰信号。.166.表 3 500kV 天一变电站断路器投主变压器产生的骚扰信号特性
15、统计5 断路器投空载长线断路器投空载长线时主接线示意图如图 12 所示，测试时 50211 和 50212 隔离开关已闭合，500kV母线带电，天河 5483 线路空载，通过断路器 5021 来投 5483长线，5483 线路充电。图 13 为断路器闭合时，在保护小室中捕获的线路 PT二次侧的干扰信号，由图可知，断路器由于动作速度快，且有灭弧功能，暂态电流总的持续时间比隔离开关操作时要短得多，产生的总脉冲数也少得多。图 15 是在图 12 上截取的单个振荡波展开图，图 17 是对图 15 的傅立叶分析。图 14 为断路器闭合时，在保护小室中捕获的线路 CT二次侧的干扰信号，图 16 是在图 1
16、4 上截取的单个振荡波展开图，图 18 是对图 16 的傅立叶分析。示波器捕获的波形0.8 0.02图 12 断路器投空载长线时的主接线示意图0.60.0150.40.200.010.005-0.20-0.4-0.005-0.6-0.8-0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 -0.01-0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045时间 s图 13 线路 PT 二次侧的干扰信号 图 14 线路 PT 二次侧的干扰信号6040200-20-40时域波形21.510.50-0.5时域波形-60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -10 20 40 60 80 100 120 140 160.受干扰端口 最大幅值 主导频率（MHz ） 频率范围（MHz） 单个振荡波持续时间（s）CT 二次侧 24A 9 0.52 2PT 二次侧 未测到骚扰信号电压比值电压幅值/V 电流幅值/A时 间 us 时间 us图 15 PT 二次侧单个骚扰脉冲展开图167图 16 PT 二次侧单个骚扰脉冲展开图
