高压开关柜母线室的电磁干扰与屏蔽研究

引言

高压开关柜是国家电网实现智能化的关键,而母线室作为高压开关柜的重要组成部分,其在实际使用过程中,往往会产生不可忽视的电磁干扰,进而影响使用的预设效果。为此,笔者通过查阅文献、实地考察等方式,明确了电磁干扰的途径,剖析了高压开关柜的干扰源,并针对性地提出了高压开关柜母线室的电磁屏蔽策略。

1电磁干扰的途径

如图1所示,电磁干扰由3个基本要素组合产生,分别为电磁干扰源、耦合途径以及敏感设备。其中,电磁干扰源又可以分为内部与外部两种干扰源,是指一些能够产生电磁干扰的元器件、设备或者系统等,且自身产生的电磁波会对正常运行的设备产生电磁干扰:耦合途径是指将电磁干扰传输至受干扰设备的途径,它往往是通过传导/辐射两种方式得以实现:敏感设备可以理解为较容易受到电磁干扰的设备,也恰恰为屏蔽电磁干扰提供了一个努力研究的方向,如通过强化敏感设备的抗干扰能力,进而提高电磁设备的电磁兼容性能。

2高压开关柜的干扰源

结合实践运用发现,高压开关柜确实存在敏感设备,较容易受到电磁波的影响,而从某种程度来讲,高压开关柜干扰源大致可以归纳为4个方面,分别为断路器和隔离开关、仪表室二次回路、电网系统以及其他外部干扰。

2.1断路器、隔离开关

就断路器、隔离开关来讲,电磁干扰往往产生于接通、断开的瞬间,归根结底是因为回路中存在电感与电容。无论是断路器还是隔离开关,在电流通断的瞬间都会引起频率范围为0.5~100MMH的电磁波。但是,无论是接通还是断开,都是瞬间,时间较短,也就是说短时间内高压开关柜接受的是高频信号。

2.2仪表室二次回路

众所周知,仪表室二次回路属于强电回路,其往往会产生一定的磁场干扰,进而对系统的稳定性能产生不可忽视的影响。仪表室二次回路对于高压开关柜也较为重要,从某种程度来讲,仪表二次回路的稳定性能会对高压开关柜的安全性产生影响。

2.3电网系统

电网输送电的过程中,不可避免地会出现电能质量偏差,如电压暂时升高、电压暂时降低、高次谐波等问题,这些干扰会对系统的稳定性能产生直接影响,进而给系统内的相关设备带来影响,甚至会直接损坏相关设备,最终导致电网处于瘫痪甚至停止工作的状态。

2.4其他外部干扰

外部干扰,顾名思义就是来自于外界的干扰,就高压开关柜来讲,必须要正视外部干扰,要结合实际工作经验,不断地研究与创新,尽可能降低外部干扰的概率。高压开关柜常常受到的外部干扰有手机辐射、地磁场以及雷电等。

3高压开关柜母线室的电磁屏蔽

通过查阅文献等了解到,目前常用的关于电磁屏蔽的原理主要有3种,分别为电流的涡流效应、电磁场理论以及传输线理论。电磁屏蔽最为常用的措施就是将金属导体作为屏蔽体材料,值得注意的是,低频电磁干扰往往是通过吸纳损耗实现屏蔽的。除此之外,输送电能过程中,高压开关柜的电磁干扰为工频干扰,可将解决高压开关柜电磁干扰的问题转化为实现对频率z100<MH电磁场的屏蔽问题。实践证明,母线流通的电流I母线大小对磁场的大小有直接影响,所以笔者尝试高压开关柜母线室的电磁屏蔽时,主要从母线参数与屏蔽板位置两方面进行考虑,具体如下:

3.1母线参数对屏蔽的影响

通过查阅文献资料发现,高压开关柜母线室内母线的安装方式主要有"一字型"与"品字形"两种方式,为此在其他屏蔽条件一致的情况下,可以通过转换母线安装方式,探索电磁场的强度分布实况。基于此,笔者为了研究母线排列方式的屏蔽效能,设计了"一字型"方案与"品字形"方案,如图2所示。

无论是A方案还是B方案,母线都为三相母线,相邻母线之间的水平距离b=1.25cm,电流I母线=1000A。通过测量得到了母线不同排列方式的磁场强度的变化强度,如图3所示。通过图3可以发现,"一字形"排列方式的磁场分布较为平稳,且中心位置上的磁场分布均匀,并未出现过大的波动:而"品字形"排列方式的磁场分布均匀,且中心位置上磁场的强度较小。因此,探究屏蔽板排放位置时,选用了"品字形"排列方式。

3.2屏蔽板的安放位置

屏蔽板安放的位置对高压开关柜母线的电磁屏蔽效果有非常大的影响,而通过研究母线参数对屏蔽的影响发现,"品字形"排列的效果较为理想。为此,研究屏蔽板安放位置时,选用了"品字形"排放方式,结合位置设计了3种方案,分别命名为"甲方案""乙方案""丙方案",具体如图4所示。

通过高斯计测量甲方案、乙方案、丙方案的磁场强度大小,绘制了不同位置屏蔽板磁场强度的分布情况曲线图,如图5所示。结合图5可以发现,屏蔽板对于磁场屏蔽确实有一定的作用,且不同的位置会起到不同的屏蔽效果。经过对比分析发现,虽然甲方案与丙方案都能够起到屏蔽作用,但丙方案的屏蔽效果较好。

4结语

综上所述,高压开关柜不可避免地会受到电磁干扰,要确保高压开关柜的安全性就必须明确干扰源,并有针对性地进行研究,以取得理想的屏蔽效果。母线作为高压开关柜的重要组成部分,其排列方式对电磁场的强度有直接影响,作为一线工作人员,要大胆设想,小心求证,不断进行探索与研究,达到理想的屏蔽效果,促使国家电网向着智能化方向持续发展。