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开关操作条件下GIS壳体电磁兼容特性研究

杨凡  
【摘要】:随着气体绝缘变电站(GIS)的广泛使用,在其朝着智能化的推进过程中,越来越多具有控制、通信、保护功能的二次智能设备应用于高压开关场中,一旦遭受电磁干扰,可能会出现误动或者设备损坏的现象,将严重威胁到变电站的安全稳定运行。GIS开关操作时会产生一系类的特快速电磁暂态(VFT)现象,这些VFT现象就是电磁干扰源。VFT在GIS内部传播时会发生折反射进而传播到GIS壳体上,并通过GIS壳体辐射到外部空间。由于电磁干扰源VFT具有幅值高、上升速度快、频带宽等特点,故其产生的电磁干扰十分严重,已成为变电站智能化发展的瓶颈。因此开展GIS壳体电磁兼容性能研究,对揭示开关操作电磁干扰机理保障变电站安全运行具有重要意义。GIS壳体电磁兼容性能主要是指壳体的屏蔽性能和辐射性能。尽管GIS壳体具有一定的屏蔽性是众所周知的事情,但VFT在GIS内部究竟是如何传播、GIS壳体能屏蔽掉多少内部VFT电磁波尚缺乏系统的理论研究;与此同时,由传播到壳体的TEV产生的暂态环流通过壳体产生的辐射电磁场水平、分布特性等也缺乏深入研究。GIS壳体电磁兼容性能研究的不足使VFT电磁干扰产生机理难以深刻揭示,空间辐射电磁分布特征也无从知晓,导致很难提出有效的电磁干扰防范措施。为此,论文围绕VFT在GIS内部的传播,壳体屏蔽性能的定量计算和暂态环流辐射电磁场的计算等方面开展了相应研究。主要研究内容有:1)论文阐述了开关操作电磁干扰源以及GIS电磁兼容特性的国内外研究现状,讨论了瞬态电磁波的传播特性及研究方法,并基于传输线理论建立GIS壳体内电磁波传播特性仿真计算模型,得到了VFTC在GIS壳体内的传播特性及壳体内部辐射电磁场强度分布特征。2)论文对GIS壳体电磁屏蔽性能进行定量分析。阐述了电磁场的屏蔽原理,在考虑金属壳体的反射损耗、吸收损耗及内部的多次反射损耗的基础上,建立了壳体电磁屏蔽仿真计算模型,对GIS壳体屏蔽内部辐射电磁场效能进行定量计算,并分析影响壳体屏蔽效能的因素。3)在完成上述工作的基础上,本文开展了GIS壳体电磁辐射特性的研究。在课题组对TEV波形实测的基础上,对壳体暂态电流数学表达式进行初步等效,并将其作为壳体辐射电磁干扰源,利用天线理论建立GIS壳体的电偶极子辐射模型,计算得到了壳体外部空间电磁场的分布情况。以330kVGIS平台为测试对象,开展了辐射电磁场的现场试验测量,并将实测数据与仿真计算结果进行对比分析。最后论文讨论了建模以及实测方面的不足,并对后续研究进行了展望。论文研究结果表明:GIS金属壳体对内部高频电磁场有着极强的屏蔽作用,可以屏蔽沿GIS母线传播的电磁干扰源产生的辐射电磁场;通过仿真计算以及现场实测获取了开关操作暂态冲击条件下GIS变电站空间辐射暂态电场、磁场的幅值、频率以及其分布特性。本文研究内容对于解释开关操作电磁干扰机理,提出相应的抗电磁干扰防护措施提供了理论依据。


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