高壓開關(guān)柜母線室的電磁干擾與屏蔽研究

引言

高壓開關(guān)柜是國(guó)家電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵,而母線室作為高壓開關(guān)柜的重要組成部分,其在實(shí)際使用過程中,往往會(huì)產(chǎn)生不可忽視的電磁干擾,進(jìn)而影響使用的預(yù)設(shè)效果。為此,筆者通過查閱文獻(xiàn)、實(shí)地考察等方式,明確了電磁干擾的途徑,剖析了高壓開關(guān)柜的干擾源,并針對(duì)性地提出了高壓開關(guān)柜母線室的電磁屏蔽策略。

1電磁干擾的途徑

如圖1所示,電磁干擾由3個(gè)基本要素組合產(chǎn)生,分別為電磁干擾源、耦合途徑以及敏感設(shè)備。其中,電磁干擾源又可以分為內(nèi)部與外部?jī)煞N干擾源,是指一些能夠產(chǎn)生電磁干擾的元器件、設(shè)備或者系統(tǒng)等,且自身產(chǎn)生的電磁波會(huì)對(duì)正常運(yùn)行的設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾:耦合途徑是指將電磁干擾傳輸至受干擾設(shè)備的途徑,它往往是通過傳導(dǎo)/輻射兩種方式得以實(shí)現(xiàn):敏感設(shè)備可以理解為較容易受到電磁干擾的設(shè)備,也恰恰為屏蔽電磁干擾提供了一個(gè)努力研究的方向,如通過強(qiáng)化敏感設(shè)備的抗干擾能力,進(jìn)而提高電磁設(shè)備的電磁兼容性能。

2高壓開關(guān)柜的干擾源

結(jié)合實(shí)踐運(yùn)用發(fā)現(xiàn),高壓開關(guān)柜確實(shí)存在敏感設(shè)備,較容易受到電磁波的影響,而從某種程度來講,高壓開關(guān)柜干擾源大致可以歸納為4個(gè)方面,分別為斷路器和隔離開關(guān)、儀表室二次回路、電網(wǎng)系統(tǒng)以及其他外部干擾。

2.1斷路器、隔離開關(guān)

就斷路器、隔離開關(guān)來講,電磁干擾往往產(chǎn)生于接通、斷開的瞬間,歸根結(jié)底是因?yàn)榛芈分写嬖陔姼信c電容。無論是斷路器還是隔離開關(guān),在電流通斷的瞬間都會(huì)引起頻率范圍為0.5~100MMH的電磁波。但是,無論是接通還是斷開,都是瞬間,時(shí)間較短,也就是說短時(shí)間內(nèi)高壓開關(guān)柜接受的是高頻信號(hào)。

2.2儀表室二次回路

眾所周知,儀表室二次回路屬于強(qiáng)電回路,其往往會(huì)產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)干擾,進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能產(chǎn)生不可忽視的影響。儀表室二次回路對(duì)于高壓開關(guān)柜也較為重要,從某種程度來講,儀表二次回路的穩(wěn)定性能會(huì)對(duì)高壓開關(guān)柜的安全性產(chǎn)生影響。

2.3電網(wǎng)系統(tǒng)

電網(wǎng)輸送電的過程中,不可避免地會(huì)出現(xiàn)電能質(zhì)量偏差,如電壓暫時(shí)升高、電壓暫時(shí)降低、高次諧波等問題,這些干擾會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能產(chǎn)生直接影響,進(jìn)而給系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)設(shè)備帶來影響,甚至?xí)苯訐p壞相關(guān)設(shè)備,最終導(dǎo)致電網(wǎng)處于癱瘓甚至停止工作的狀態(tài)。

2.4其他外部干擾

外部干擾,顧名思義就是來自于外界的干擾,就高壓開關(guān)柜來講,必須要正視外部干擾,要結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),不斷地研究與創(chuàng)新,盡可能降低外部干擾的概率。高壓開關(guān)柜常常受到的外部干擾有手機(jī)輻射、地磁場(chǎng)以及雷電等。

3高壓開關(guān)柜母線室的電磁屏蔽

通過查閱文獻(xiàn)等了解到,目前常用的關(guān)于電磁屏蔽的原理主要有3種,分別為電流的渦流效應(yīng)、電磁場(chǎng)理論以及傳輸線理論。電磁屏蔽最為常用的措施就是將金屬導(dǎo)體作為屏蔽體材料,值得注意的是,低頻電磁干擾往往是通過吸納損耗實(shí)現(xiàn)屏蔽的。除此之外,輸送電能過程中,高壓開關(guān)柜的電磁干擾為工頻干擾,可將解決高壓開關(guān)柜電磁干擾的問題轉(zhuǎn)化為實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率z100<MH電磁場(chǎng)的屏蔽問題。實(shí)踐證明,母線流通的電流I母線大小對(duì)磁場(chǎng)的大小有直接影響,所以筆者嘗試高壓開關(guān)柜母線室的電磁屏蔽時(shí),主要從母線參數(shù)與屏蔽板位置兩方面進(jìn)行考慮,具體如下:

3.1母線參數(shù)對(duì)屏蔽的影響

通過查閱文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn),高壓開關(guān)柜母線室內(nèi)母線的安裝方式主要有"一字型"與"品字形"兩種方式,為此在其他屏蔽條件一致的情況下,可以通過轉(zhuǎn)換母線安裝方式,探索電磁場(chǎng)的強(qiáng)度分布實(shí)況?；诖?筆者為了研究母線排列方式的屏蔽效能,設(shè)計(jì)了"一字型"方案與"品字形"方案,如圖2所示。

無論是A方案還是B方案,母線都為三相母線,相鄰母線之間的水平距離b=1.25cm,電流I母線=1000A。通過測(cè)量得到了母線不同排列方式的磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化強(qiáng)度,如圖3所示。通過圖3可以發(fā)現(xiàn),"一字形"排列方式的磁場(chǎng)分布較為平穩(wěn),且中心位置上的磁場(chǎng)分布均勻,并未出現(xiàn)過大的波動(dòng):而"品字形"排列方式的磁場(chǎng)分布均勻,且中心位置上磁場(chǎng)的強(qiáng)度較小。因此,探究屏蔽板排放位置時(shí),選用了"品字形"排列方式。

3.2屏蔽板的安放位置

屏蔽板安放的位置對(duì)高壓開關(guān)柜母線的電磁屏蔽效果有非常大的影響,而通過研究母線參數(shù)對(duì)屏蔽的影響發(fā)現(xiàn),"品字形"排列的效果較為理想。為此,研究屏蔽板安放位置時(shí),選用了"品字形"排放方式,結(jié)合位置設(shè)計(jì)了3種方案,分別命名為"甲方案""乙方案""丙方案",具體如圖4所示。

通過高斯計(jì)測(cè)量甲方案、乙方案、丙方案的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小,繪制了不同位置屏蔽板磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布情況曲線圖,如圖5所示。結(jié)合圖5可以發(fā)現(xiàn),屏蔽板對(duì)于磁場(chǎng)屏蔽確實(shí)有一定的作用,且不同的位置會(huì)起到不同的屏蔽效果。經(jīng)過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),雖然甲方案與丙方案都能夠起到屏蔽作用,但丙方案的屏蔽效果較好。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述,高壓開關(guān)柜不可避免地會(huì)受到電磁干擾,要確保高壓開關(guān)柜的安全性就必須明確干擾源,并有針對(duì)性地進(jìn)行研究,以取得理想的屏蔽效果。母線作為高壓開關(guān)柜的重要組成部分,其排列方式對(duì)電磁場(chǎng)的強(qiáng)度有直接影響,作為一線工作人員,要大膽設(shè)想,小心求證,不斷進(jìn)行探索與研究,達(dá)到理想的屏蔽效果,促使國(guó)家電網(wǎng)向著智能化方向持續(xù)發(fā)展。