0 引言 　　計算機技術為電力系統的控制和調度提供了自動化和智能化的手段。但是隨著電子器件向集成化和高速化發(fā)展，電子設備的工作電壓有所下降，信號電壓也變得很低，導致其毀壞或誤動作的干擾信號幅值和能量也越來越低。變電站中的開關操作、斷路器、雷電及系統短路等都是常見的干擾源，這些干擾源中，以開關操作產生的瞬變電磁場對電子設備的危害最大。在開關動觸頭的開、合動作過程中會產生大量的電?。òA燃和重燃）。電弧的持續(xù)時間大約從幾μs到幾ms，上升時間為ns級。開關動作產生的典型過電壓值約為相電壓幅值的2倍。在含有共振電路的特殊情況下，由瞬變電磁場產生的過電壓能達到相電壓幅值的6.5倍。由高壓隔離開關操作引起的控制系統毀壞或二次設備誤動作已有報道[1～4]，因此，了解這種操作產生的瞬變電磁場特性及其防護措施是非常必要的 [b]1 開關操作瞬變電磁場的產生 [/b]　　高壓隔離開關閉合時，間隙逐漸縮小至其間的空氣絕緣擊穿時產生第一次電弧?？蛰d母線上的電位從初始狀態(tài)的零值經過短暫的振蕩過程后變?yōu)楫敃r電壓的瞬時值，隨著高頻振蕩電流衰減，振蕩完畢，電弧熄滅，母線再次和電源斷開，母線上電位保持電弧熄滅時的值。當觸頭間的電位差隨電源電壓的變化而增大到擊穿電壓時，又產生電弧并再次熄滅，直至動觸頭和靜觸頭接觸為止。高壓隔離開關斷開時與閉合過程相反。電弧的熄滅和重燃，在母線上產生一系列的高頻電流和電壓波，此時母線就象一高頻天線，以瞬態(tài)電磁場的形式向周圍空間輻射能量，同時母線上的瞬態(tài)過程還可通過連到母線上的設備（ 如CT、PT等）直接耦合到低壓回路。 　　在變電站中，不同隔離開關及不同操作方式所產生的瞬變電磁場不一樣。美國EPRI小組分別在115、230、500 kV空氣絕緣變電站（AIS）及345、500 kV氣體絕緣變電站（GIS）中實測瞬態(tài)電磁場，其不同電壓等級下的AIS實測瞬態(tài)電磁場的波形見圖1。 　　 圖1 不同電壓等級AIS的瞬變電磁場波形 　　其測量點在母線中間位置下方的地面上，115 kV母線長48 m,230 kV及500 kV母線長6～9 m[3]。 　　由圖1可見，變電站電壓等級越高則其所產生的瞬變場最大峰值越大，但波形變化隨系統電壓的變化不顯著。EPRI小組在手動方式（115、230 kV）及電動方式（500 kV）下AIS中電磁場的實測值見表1。  　　由圖1和表1可見瞬變電場呈單極性，在幾百ns內上升到最大值，持續(xù)0.02～10 ms。與瞬變電場不同，磁場呈雙極性，也在幾百ns升到峰值，但在10～15 μs之內幅值就衰減到0。瞬變電場波形反映了母線電壓的作用，磁場波形反映了母線電流的作用。瞬變磁場在半個周期內達到正的峰值，另半個周期反向達到負的峰值，正負峰值大小相差很大。也可以看出不同電壓等級變電站瞬變場的主頻率變化范圍為0.5～3 MHz。EPRI小組記錄的500 kV GIS開關動作所產生的瞬變電場和磁場的波形見圖2。 　　Russell等人對345、500 kV GIS中隔離開關閉合時測得的瞬變電磁場典型數據見表2。  　　測試數據隨GIS內部結構及測試設備的不同而異，但345 kV及500 kV GIS大量的實測結果表明，輻射干擾的頻率約為0.5～100 MHz，20 MHz附近的輻射電磁場強度最大；輻射電場強度的幅值為1～50 kV/m；磁場強度的幅值為1～5 A/m；脈沖持續(xù)時間數ns～1 ms；上升前沿為數ns～1 μs。經比較實測數據可知：GIS中暫態(tài)現象的主要頻率比AIS的高許多倍，其電場和磁場的頻率分量可能＞20 MHz；幅值比AIS中的?。豢偟某掷m(xù)時間也短，有些很高的頻率持續(xù)時間>0.4 ms[1～4]。這是因為SF6氣體的去游離性極強，其氣體擊穿過程及電弧的消失過程極為迅速。 　　盡管在變電站內還有其他的干擾源，但引起問題最嚴重的是高壓隔離開關操作所產生的瞬變電磁場 。開關觸頭的慢速移動，不但使高壓系統的各部件之間的絕緣介質多次擊穿，而且殘留電荷使擊穿電壓超過系統的操作電壓。每次擊穿都釋放出100 kHz～幾MHz頻率的大量能量[2]。這么高的頻率及幅值且上升時間僅為ns級的暫態(tài)電壓對變電站內的計算機和其他電子設備形成很強的干擾。隨著綜合自動化技術的實施，一些電子設備設置在變電站內，甚至在開關附近，使干擾問題更加突出。 [b]2 干擾途徑及抗干擾措施 [/b]　　高壓開關操作產生的瞬變電磁場以不同的耦合或傳導形式干擾二次設備：（1）容性耦合：通過靜電感應干擾二次設備；（2）感性耦合：產生的交變磁通和二次回路交鏈，在二次回路中產生感應電勢；（3）阻性耦合：高頻電流經過接在母線上的CT、CVT等的接地引線時，使電纜外皮中流過高頻電流，在其芯線上產生干擾電壓；（4）高頻輻射：以母線為天線，以高頻輻射的形式干擾二次設備。 　　要實現良好的電磁兼容，須采取以下措施：（1）控制干擾源，使其不產生干擾，或削弱干擾源的幅值，將干擾降到一定水平；（2）阻止干擾耦合到敏感設備或降低干擾程度；（3）提高易受影響設備的抗干擾能力。 　　隨著開斷功率更大的高性能電力電子器件的不斷發(fā)展，國外一些公司宣布研制成功以碳化硅（SiC）為基片的電力電子器件，基片的耐壓和熱容量可大幅度提高，而元件的損耗卻大大降低，使元件的斷開功率大大提高[5]。如果電力系統的高壓機械開關（油斷路器、SF6斷路器、真空斷路器等）被大功率的電子開關取代，即消除了干擾源。 　　切斷干擾途徑或降低耦合程度的傳統方法是屏蔽、接地、隔離及濾波等。變電站內二次電纜采用兩端接地的金屬外皮屏蔽電纜，對容性耦合或感性耦合產生的干擾均有明顯的抑制作用。但二次電纜仍需遠離干擾源；對于不同的傳輸信號，須采用多層的屏蔽電纜或不同的接地方式。 　　隨著光電技術在電力系統的成熟應用，國內外已有光纖高電壓傳感器和電流傳感器成功應用。由于光纖不會把電磁場引入設備，因此從路徑上切斷了干擾的傳播。 　　二次設備的接地包括安全接地和工作接地。二次設備的安全接地應與一次設備的接地共用一個接地網，接地線也要盡可能短，以降低可能出現的瞬時過電壓。對于工作接地，通常是低頻電路（f＜10 MHz）采用單點接地，高頻電路（f＞10 MHz）采用多點接地。即使是多點接地，也應使引線盡可能短且就近接地。 　　變電站內的二次設備，必須經過各種抗擾性試驗。硬件上可以采用隔離變壓器，浪涌吸收器等抑制干擾的措施?？刂葡到y的可靠性除與硬件系統有關外，與軟件系統也有直接的關系，因此在軟件上也應采取相應的措施，如采用軟件濾波、設置看門狗防止死機及進行容錯設計等。軟件設計很大程度上依賴對現場各種情況的分析、總結，應通過對干擾影響程序運行結果的研究分析，改進軟件，以得到滿足要求的高可靠性軟件系統。 [b]3 結論 [/b]　　a.高壓隔離開關產生的瞬變電磁場持續(xù)時間短、幅值大及含有大量的高頻分量，它通過耦合或輻射的方式對變電站內的控制設備形成強烈的干擾，對二次設備的干擾最嚴重； 　　b.應根據具體情況采取屏蔽、接地、濾波及隔離等措施，消除或降低對二次設備的干擾；對于電子設備，在硬件和軟件上都應采取降低干擾的措施以保證工作的可靠性。 [b]參考文獻 [/b]　　1 Boggs S A, Chu F Y. Disconnect switch induced transient and trapped charge in gas-insul ated substation. IEEE Trans on PAS, 1982,101（10）:3593 　　2 Russell B Don, Harvey S M, Nilsson S L. Substation electromagnetic interference, Part I Characterization and description of the transient EMI problem. IEEE Trans on PAS, 1984,103（7）:1863 　　3 Wiggins C M, Wright S E. Switching transient fields in substations. IEEE Trans on P D, 1991, 6（2）:591 　　4 賀景亮.電力系統電磁兼容.北京：水利電力出版社，1993 　　5 Mansour H Abdel-Rahman. Calculation fo very fast transient caused by disconntor switching in GIS, ISH 97 　　6 鄭健超.電力前沿技術的現狀和前景.中國電力，1999，32（10）：25 　　7楊吟梅.變電站內的電磁兼容問題.電網技術，1997，21（5）：67