电磁兼容复习资料

一 绪论一 绪论 电磁环境 电磁环境 指给定场所的所有电磁现象的总和 电磁兼容性电磁兼容性 EMCEMC IECIEC 定义 定义 指设备或系统在其电磁环境中能正常工作 且不对该环境中的任何事物构成不能承 受的电磁骚扰的能力 电磁兼容研究的对象是电磁骚扰 即骚扰源的形成及其性质 骚扰的耦合和传输 敏感设备的响应特性和抗骚扰 措施等 电磁兼容是研究在有限的空间 时间 频谱资源条件下 各种用电设备可以共存并不引起降级的一门学科 电磁骚扰 电磁骚扰 指任何可能引起装置设备或系统性能降低或者对生物或非生物产生不良影响的电磁现象 电磁干扰 电磁干扰 EMIEMI 由电磁骚扰引起的装置 设备或系统性能的降低 性能降低 性能降低 装置 设备或系统的工作性能与正常性能非期望的偏离 抗扰度 抗扰度 装置 设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力 敏感性 敏感性 装置 设备或系统不能避免性能降低的能力 即敏感性高则抗扰度低 电磁兼容问题的分类 电磁兼容问题的分类 变电站电磁兼容技术问题 输变电工程的电磁环境问题 电力质量问题 电力系统中电磁骚扰分类 电力系统中电磁骚扰分类 一次设备之间 一次和二次设备之间 二次设备之间 电磁骚扰按其引起后果分 电磁骚扰按其引起后果分 危险影响 指绝缘破坏 完全丧失其功能 和干扰影响 指性能劣化或运行状态改变 电力系统电磁骚扰频率范围 电力系统电磁骚扰频率范围 工频 谐波 冲击和高频振荡 电磁骚扰的耦合途径有 电磁骚扰的耦合途径有 传导 耦合 感应 和辐射以及它们的组合 电磁骚扰源的起因及其传播途径有 电磁骚扰源的起因及其传播途径有 a 高压隔离开关和断路器的操作 b 雷击线路 构架和控制楼 c 系统短 路故障 d 靠近高压线路受其工频电磁场作用 e 局部放电 电晕 沿面放电 f 二次回路中的开关操作 g 电源本身 如电压波动 电压暂降 短时中断 电源频率变化及谐波等 h 静电放电 i 无线电发射机 电力系统电磁兼容研究课题有 电力系统电磁兼容研究课题有 a 骚扰源分析 b 传播方式 c 骚扰效应 d 骚扰的测量和计算 e 骚扰模 拟 f 抗扰度试验 g 骚扰限值及有关法规 h 电力系统对其他系统的骚扰 二 电力系统谐波二 电力系统谐波 谐波源 谐波源 同步发电机 谐波电压源 变压器 包括贴心电抗器 大功率可控整流设备 其他非线性用电设备 处发电机外的都是谐波电流源 直流输电产生谐波的根本原因 直流输电产生谐波的根本原因 可控硅伏安特性的非线性 三相六脉动整流电路结论 三相六脉动整流电路结论 a 交流侧电流中只含 6k 1 次谐波 特征谐波 b 各次谐波对基波的比值与谐 波次数成反比 c 6k 1 次谐波构成负序三相系统 6k 1 次谐波构成正序三相系统 d 不存在电流的零序分量 利用两台不同接线方式的变压器并联供电能实现十二脉动整流 如 Y Y 和 Y 通过两台相角差为 30 的变压 器并联使 5 7 17 19 次谐波只在变压器之间流通而不通过电网 因而达到构成 12 脉动整流回路的目的 同理 可推广至 P 6 个相角差为 2 P 的变压器实现 p 脉动整流 p 为 6 的倍数 特征谐波为 pk 1 幅值与谐波次数成 反比 交流电流特征谐波直流电压特征谐波 谐波次数 npk 1 奇次 pk 偶次 谐波含量In I1 1 nUn Uco 1 n 2 Uco 平均整流电压 触发角 In I1 Un Uco 换相重叠角 In I1 Un Uco 不定 非特征谐波的产生 非特征谐波的产生 a 三相电压不平衡 电压波形畸变或三相阻抗不相等 尤其是换流变压器的阻抗不等 b 直流输电系统中 某个换流 逆变联络线路中的直流被其他换流站调制 c 点火控制出现误差 使点火相位存在分散 性 六脉动三相整流器带有限电感负载时 谐波电流中 5 次谐波幅值最高 而且随脉动系数 r 的增加单调增加 电力机车电流谐波的特点 电力机车电流谐波的特点 a 机车电流的波形中只含奇次谐波 b 谐波成分和大小随机车载重 行车速度变化 而变化 c 考虑重叠角后波形更接近正弦波 相应高次谐波减小 电弧炉产生谐波的主要原因 电弧炉产生谐波的主要原因 电弧本身伏安特性的严重非线性和延迟点火相结合 生活中非线性用电设备 生活中非线性用电设备 电视机 各种节能灯 电冰箱 洗衣机 录像机 微波炉 电磁炉 计算机 激光打印 机 充电器 电车 地铁的整流装置 各种医疗科研用的仪器设备 调速驱动等 三 谐波效应和谐波抑制三 谐波效应和谐波抑制 并联谐振电流放大 串联谐振电压放大 并联谐振电流放大 串联谐振电压放大 电容器串联电感目的 电容器串联电感目的 降低电容器合闸时的涌流 同时也起降低谐振谐波次数和缩小谐波电流严重放大区的作用 谐波对一次设备的影响和危害 谐波对一次设备的影响和危害 a 增加设备的损耗 提高温升 降低设备的出力和寿命 b 增加绝缘中的介质 损耗和局部放电量 加速绝缘老化 c 增加电机的振动和噪声 对旋转电机 增大其附加损耗和温升 缩短电机寿 命 甚至产生反向转矩 降低电动机的机械效率 对变压器 主要增加其铜损和铁损 铁损中的磁滞损耗和涡流损耗 都随频率增加而增加 谐波对并联补偿电容的影响 谐波对并联补偿电容的影响 a 增加介质损耗 使电容温升增高 降低寿命 b 引起或加强戒指内部的局部放 电 使绝缘老化甚至击穿 电容散热差 由谐波因素产生的热量不易散出 造成温升 而温升又引起介损增加 温 升加剧 形成恶性循环 最终可能导致热击穿 由于工艺不完善或长期运行 使电容内部产生气泡 若谐波电压叠加 在工频电压上 使电压幅值明显增加 会使气泡放电而不易熄灭 由此产生的热的 化学的 机械的效应对绝缘有巨 大的破坏作用 局放产生的带电离子增加了介质中的电导 同样使谐波电流损耗增加 而导致热击穿 谐波对二次设备的影响 谐波对二次设备的影响 干扰其正常的工作状态 如测量的准确度 动作的可靠性等 谐波对用电设备的影响 谐波对用电设备的影响 增加损耗 降低寿命和使其运行性能劣化等 限制谐波的措施 限制谐波的措施 技术措施 以滤波装置为主 和管理措施 制定相应的标准 减小谐波的技术措施 减小谐波的技术措施 a 增加换流装置的脉动数 b 加装交流滤波装置 c 改变谐波源的配置或工作方式 d 加 装串联电抗器 e 改善三相不平衡度 f 加装静止无功补偿装置 g 增加系统承受谐波的能力 h 避免电力电容器组对 谐波的放大 i 提高设备或装置抗谐波干扰能力 改善谐波保护性能 j 采用有源滤波器等新型抑制谐波的措施 滤波器作用 滤波器作用 利用 L C 串联谐振的原理 使其对单个频率或在一个频率范围内呈现较低的阻抗和电网并联 吸收 电网中和谐振频率相当的谐波电流 其设计的主要任务是确定回路中 R L C 的值 L 不含铁心 滤波装置中电容器电容滤波装置中电容器电容 C C 应满足的条件 应满足的条件 a 谐波电压的幅值应被限制在容许的范围内 使其正常运行时不产生局 部放电 b 谐波容量应被限制在容许范围内 以免因介质损耗过大而超过容许温升 滤波器中的电容除了起滤波作 用 还能起无功补偿的作用 无源滤波器的缺点 无源滤波器的缺点 a 有效材料消耗大 体积大 b 滤波要求和无功补偿 调压要求有时难以协调 c 滤波效 果不够理想 d 装置的损耗较大 e 在某些条件下和系统发生谐振 引发事故 有源滤波器 有源滤波器 APFAPF 能想电网送入与原有谐波电流幅值相等 相位相同 方向相反的电流 从而使流入电源的总 谐波电流为零 制定限制谐波标准的原则 制定限制谐波标准的原则 a 限制注入电力系统的谐波电流 吧电力系统中的谐波含量控制在允许范围内 使接 入电网中的各种电气设备免受谐波骚扰 b 能够有利于国际间的技术经济交流和合作 四 变电所的暂态骚扰四 变电所的暂态骚扰 暂态过程产生的原因 暂态过程产生的原因 开关操作 雷击 一次系统短路和二次回路本身产生的暂态骚扰 如直流回路中电感线圈 的短路操作 暂态骚扰对二次回路的设备造成的后果 暂态骚扰对二次回路的设备造成的后果 a 破坏二次设备绝缘 形成永久破坏 b 骚扰其正常工作 使其误动 作 提高变电所一 二次设备间的电磁兼容性需从以下方面采取措施 提高变电所一 二次设备间的电磁兼容性需从以下方面采取措施 a 降低骚扰源产生暂态骚扰的幅值和出现的概 率 b 阻断暂态骚扰的传输途径 c 采取晚上的抗骚扰措施 d 提高二次设备抗暂态骚扰的能力 一次回路暂态高频振荡耦合进入二次回路的方式 一次回路暂态高频振荡耦合进入二次回路的方式 容性耦合 感性耦合 阻性耦合 隔离开关分合闸操作时二次回路中暂态电压幅值和重复率与触头运动时间的关系 隔离开关分合闸操作时二次回路中暂态电压幅值和重复率与触头运动时间的关系 a 分闸时 二次回路中暂态电 压的幅值随触头运动时间增大而增大 而合闸时相反 b 暂态电压出现的重复率 合闸时逐渐增大 分闸时逐渐减 小 但在分闸刚开始和合闸即将结束的一段时间内 重复率随触头运动时间的变化出现相反的规律 原因是 这段时 间内 断口距离很小 间隙的介质恢复速度慢 同时因重燃电压低 高频电流小 电弧电流中的工频分量其主要作用 电弧只有在工频电流过零时才熄灭 故重燃次数反而减少 在其他条件相同时 耦合紧密比耦合不紧密的二次电缆外皮电流稍小 所以 将二次电缆走向尽量靠近联络地线 对减小二次电缆外皮的电流较为有利 若忽略二次电缆两端连接线的影响 则电缆外皮电流产生的骚扰电压仅与流过外皮的电流和外皮电阻有关 与电 缆的截面尺寸无关 因此采用电导率高的的金属材料作二次电缆的外皮可有效抑制此骚扰 五 高频辐射骚扰五 高频辐射骚扰 电磁场辐射结论 电磁场辐射结论 a 近场区 r 小 磁场强度 H 与 r 平方成反比 电场强度 E Er 与 r 三方成反比 故 随 r 增加 两者很快衰减 b 远场区 r 大 H E 与 r 成反比 Er 与 r 平方成反比 故随 r 增加 H 和 E 衰减变慢 远场区中主要是 H E 起作用 c 辐射总功率 Pr 与 平方成反比 与 f 平方成正比 故只有 高频才能辐射出足够的的能量 d 地面场强 Ee 在很大程度上决定于大地电导率 高压变电所中局部放电是主要骚扰源 高压变电所中局部放电是主要骚扰源 电晕骚扰的强度电晕骚扰的强度与导线几何特征 导线尺寸 几何位置 表面电位梯度 和周围环境 导线表面状态 气候条件 海拔高度等 有关 故 a 采用分裂导线 相当于增大导线半径从而降低电晕 b 尽量使表面光滑 表面光滑的导 线起始电晕电压高 这也是新导线容易电晕而旧导线不容易发生电晕的原因 绝缘子沿面放电引起的辐射骚扰 抑制方法 绝缘子沿面放电引起的辐射骚扰 抑制方法 a 加大泄露路径 使爬距大于按绝缘要求设计的长度 b 使用有 机合成材料绝缘子 有良好的憎水性能限制表面泄漏电流 c 绝缘子表面涂硅油 增加憎水性 直流换流站产生的辐射骚扰来源 直流换流站产生的辐射骚扰来源 可控硅导通瞬间 电流电压的突变 在回路中产生高频振荡 同时还以电磁波 的形式向外辐射能量 电磁波沿输电线路传播时衰减小能传播很长的距离 实例 距换流站 20 多公里的直流输电线路下 100kHz 骚扰场 强 80dB 核电磁脉冲 核电磁脉冲 NEMPNEMP 以波的形式向地面辐射 所有裸露在地面的金属导体都将作为接收天线收到感应 架空线路 和变电所都会受到直接影响 由于地面场强高达每米几十千伏 所以在架空线路及其他接受天线上能产生很高的感应 电势 它不仅能击穿变电所的一次设备的绝缘 而且对二次设备的敏感元件形成极强的电磁骚扰 甚至将其打坏 实例 一次核爆炸使几千公里外的檀香山市电网瘫痪 原因 核爆炸放出大量 射线 在距地面数百公里的高空 射线穿过稀薄大气层 与空气中分子碰撞 产生自由电子 自由电子在地磁场作用下受洛伦兹力作用螺旋加速运动 产生辐射电磁场 六 六 GISGIS 中的电磁兼容问题中的电磁兼容问题 气体绝缘金属封闭组合电器 气体绝缘金属封闭组合电器 GISGIS 优点 优点 占地面积和空间战友体积小 安全可靠 有利于环境保护 安装工作量 小 检修周期长 致命弱点 GIS 隔离开关切合操作时 会产生电弧重燃 触头间隙两端的电压在几微秒内突然跌落 引起高频振荡形成特快速瞬变过电压 VFTO GISGIS 中的电磁兼容问题 中的电磁兼容问题 GIS 中的 VFTO VFT 由 GIS 向外传播是产生的暂态地电位升高 TGPR 沿 GIS 母线导管 传播的 VFTO 和沿 GIS 壳体与接地系统的 TGPR 形成暂态电磁场 形成辐射骚扰 VFTOVFTO 由 GIS 内开关操作 隔离开关 断路器 负载开关 接地开关 或 GIS 内部放电引起的极快速瞬态过电压 VFTOVFTO 的影响因素 的影响因素 残余电荷 残余电荷越多 过电压幅值越高 呈线性关系 对波形无影响 开关弧道电阻 对过电压有阻尼作用 抑制过电压 变压器入口电容 入口电容越大 各点过电压倍数均增加 VFTOVFTO 对避雷器的影响 对避雷器的影响 VFTO 等值频率高 陡度大 在避雷器上能产生很大的脉冲电容电流 能引起避雷器的频繁 动作 限制暂态地电位升高的措施 限制暂态地电位升高的措施 a 降低母线筒高度 增大母线筒直径 以减小外壳对地的波阻抗和接地引下线的长 度 b 沿母线长度方向增加接地引线下的数量 c 采用扁而宽的接地引下线 甚至采用与母线筒平行的金属板作接 地引下线 以减小其电感 d 各组外壳管道在进出线端部互联在一起 可降低阻抗 也可降低 TEV 值 e 在母线外 壳和地之间安装金属板或加装与母线筒垂直并相联的接地金属板 以屏蔽波的传播 增加反射次数 降低 TEV f GIS 下的接地网应适当加强 以降低接地电阻 或多点接地 降低二次电缆中暂态感应电势的措施 降低二次电缆中暂态感应电势的措施 a 电缆入口安装电容 ZnO 浪涌吸收器 b 采用低波阻抗电缆 c 增加 母线外壳与电缆外皮连线的阻抗 对二次设备的保护措施 对二次设备的保护措施 a 采用电磁屏蔽措施及防过电压措施 b 引出线应在远离各进出线端的部位向外引出 透入深度 透入深度 波从电介质进入到点媒质后 当其振幅衰减到原波幅的 36 8 时 波所行经的距离 七 变电所电磁骚扰的防护七 变电所电磁骚扰的防护 屏蔽电缆的屏蔽作用分为 屏蔽电缆的屏蔽作用分为 静电屏蔽 低频电磁屏蔽盒高频电磁屏蔽 静电屏蔽 抑制容性耦合产生的骚扰 静电屏蔽 抑制容性耦合产生的骚扰 要降低芯线上的感应电压 应尽量减小电缆外皮的电位 最有效的办法 是减小外皮的接地阻抗 将外皮接地点尽量靠近被保护的二次设备 必要时可沿电缆增加接地点 低频电磁屏蔽 抑制感性耦合产生的骚扰 低频电磁屏蔽 抑制感性耦合产生的骚扰 主要是利用外皮上的感应电流产生二次场来抵消骚扰源一次场的作 用 故屏蔽回路应两端接地 要提高屏蔽效果 减小屏蔽系数 应减小屏蔽回路的电阻并增大其自感 减小端部阻 抗 降低对地泄露电阻或多点接地 在电缆铠装外扰绕钢丝或将电缆放在铁管内 增大自感 两条结构相同的电缆 平行铺设相互屏蔽 高频电磁屏蔽 高频电磁屏蔽 对于高频辐射骚扰 金属屏蔽的作用表现在 a 屏蔽体与介质的波阻抗不同 其分界面上有反射 现象 即减弱了骚扰能量 b 高频场会在金属中形成涡流 引起损耗 使骚扰能量进一步减弱 变电所设计中应考虑的问题 变电所设计中应考虑的问题 a 将低电平的信号电缆与高电平的电缆分开 b 二次电缆在变电所内的走向应尽 可能呈辐射状 绞对线电缆可以改善两导线对骚扰源的平衡度 减小静电耦合作用中由于不对称而在导线间产生的电 位差 c 二次电缆应尽量远离高压母线和暂态电流的入地点 并尽量减少和母线的平行长度 d 利用电缆沟的屏 蔽作用 e 改善变电所的接地 降低接地电阻 f 合理选择变电站中保护小室的接地方式并加强其屏蔽 电涌 电涌 瞬态过电 是低压系统中出现的一种短暂的电流电压波动 通常持续约百万分之一秒 电涌的来源有外部 电涌 雷电 电网开关操作产生的过电压 和内部电涌 感性用电设备的电磁暂态 电涌的波形特性 电涌的波形特性 雷击 静电放电和快速瞬态的波形可用双指数波描述 操作电涌呈现衰减的震荡波 电涌的能量频谱特性 电涌的能量频谱特性 能量集中在低频段 电涌的传播途径 电涌的传播途径 电源线入侵 信号线入侵 内部电涌通过配电电源线入侵 没有屏蔽或屏蔽效果差的电气设备 需考虑电磁脉冲的辐射骚扰 实际电涌防护措施 实际电涌防护措施 前级泻流 后级限压的多级防护措施 八 骚扰信号测量八 骚扰信号测量 谐波阻抗的测量方法 谐波阻抗的测量方法 注入电流法和频率响应法等 注入电流法原理 注入电流法原理 人为地向电力系统注入一个不同频率的电流 然后测量电流和相应的电压值 计算出阻抗值 通常以 25Hz 的奇数倍作为注入电流的频率 稳态波形记录仪器 稳态波形记录仪器 磁带记录仪 多通道记录分析仪 暂态波形记录仪器 暂态波形记录仪器 暂态波形记录仪 数字存储示波器 自动测试系统 自动测试系统 由微型电子计算机通过通用借口和若干测量仪器相连组成的测量系统 具有高度的灵活性 适合 于现场测量和在线分析 辐射骚扰场强的测量辐射骚扰场强的测量有时域和频域两种测量方法 九 抗扰度试验九 抗扰度试验 抗扰度试验与预防性试验的区别 抗扰度试验与预防性试验的区别 抗扰度试验是对处于电磁骚扰影响下的二次设备的运行情况进行检查 试验时 设备处于供电状态 并正常运行 是在线状态下的试验 预防性试验是在停电退出运行时对设备的绝缘进行试验 使 离线状态下的试验 被试对象 被试对象 居民和商业网络 工业网络 控制系统 变电所二次网络 通信线路 骚扰的种类 骚扰的种类 电场骚扰 磁场骚扰 静电骚扰 电磁骚扰 骚扰频率 骚扰频率 低频 直流至 10 20kHz 高频 几百 MHz 至千 MHz 暂态 持续时间从数 ns 到数 ms 骚扰源 骚扰源 骚扰负荷 非线性负荷 变化负荷 在网络和设备中的操作现象和故障 大气现象 雷电 静电 无 线电发射机 抗扰度试验项目 抗扰度试验项目 a 低频骚扰的抗扰度试验 b 传导暂态和高频骚扰的抗扰度试验 c 静电放电的抗扰度试验 d 磁场骚扰的抗扰度试验 e 电磁骚扰的抗扰度试验 f 其他抗扰度试验 抗扰度试验分类 抗扰度试验分类 设计试验 型式试验 验收试验 考虑因素 考虑因素 影响设备的骚扰的类型 环境条件 所要求的可靠性和特性 经济约束 设备的抗扰度试验队设备的设备的抗扰度试验队设备的 5 5 类端口 类端口 a 外壳端口 它是设备的物理边界 外壳端口提供辐射和静电放电能量的 传播途径 b 交流电源端口 c 直流电源端口 d 信号端口 e 功能接地端口 除外壳端口外的其他端口提供传 导能量的传播途径 低频抗扰度试验主要检验二次设备对来自交流电源的各种骚扰的耐受能力 包括谐波试验 谐间波试验 电压变 化试验 电压暂降和短时中断试验 其他低频试验 谐波试验 谐波试验 目的在于检验低压电网中的谐波对可能对这些频率敏感的设备所产生的影响 影响表现为 短时效应 从偶然的误动作到电子元件的损坏 长期效应 过热 谐间波试验 谐间波试验 目的是检验低压供电网络中的谐间波对可能对这些频率敏感的设备所产生的影响 电压变化 波动 的原因 电压变化 波动 的原因 负载的突然变化 变压器带负载调压等 1 2 50 s1 2 50 s 电压 电压 8 20 s 8 20 s 电流 浪涌试验目的 电流 浪涌试验目的 是检验设备对由以下现象引起的单向瞬态的抗扰度 电网中 的切换现象 电网中的故障 雷击 试验设备包括 波形发生器 耦合电路 用于电源或控制线的电容耦合 用于电 源或控制线的电感耦合 用于通讯线路的气体放电管耦合 去耦电路 反向滤波器 合适的测量设备 示波器 此试验适用于 此试验适用于 所有类型的设备 它们的交流或直流电源线或端子 输入 输出控制和信号线或端子 线之间或线 与地之间 十 输变电工程的电磁环境问题十 输变电工程的电磁环境问题 高压架空送电线路下的工频电场对处在场中的人和物会产生两种影响 高压架空送电线路下的工频电场对处在场中的人和物会产生两种影响 对活的有机体的影响 即生态效应 强电 场可能引燃易燃物品及引爆易爆物品 骚扰分无源骚扰和有源骚扰 有源骚扰主要是由导线及金具表面的电晕放电和绝缘子因局部场强过高引起火花放 电产生 频率范围基本上30MHz 对于双回线架设在同一杆塔两侧 三项导线放置情况为 中间同相 上下反相 电磁兼容复习资料电磁兼容复习资料 一 名词解释一 名词解释 1 电磁兼容 电磁兼容 电磁兼容 EMC 是研究电磁环境的科学 又称电磁环境学 IECIEC 的定义 的定义 电磁兼容性是指设备或系统在 其电磁环境中能正常工作 且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰能力 2 电磁骚扰 电磁骚扰 指任何可能引起装置 设备或系统性能降低或者对生物或非生物产生不良影响的电磁现象 3 电磁干扰 电磁干扰 电磁干扰 EMI 是指由电磁骚扰引起的装置 设备或系统性能的降低 4 电磁环境 电磁环境 指存在于给定场所的所有电磁现象的总和 5 激激 励励 磁涌流 磁涌流 变压器空载合闸时 由于合闸时刻选择不当 磁通超过额定值使变压器出现深度饱和现象 从而 产生很大的励磁电流 即为励磁涌流 6 共模骚扰 共模骚扰 指骚扰大小和方向一致 其存在于电源任何一相对大地 或中线对大地间 共模骚扰也称纵模骚扰 不对称骚扰或接地骚扰 是载流体与大地之间的骚扰击是可以接受的 7 差模骚扰 差模骚扰 指大小相等 方向相反 其存在于电源相线与中线及相线与相线之间 差模骚扰也称常模骚扰 横模 骚扰或对称骚扰 是载流体之间的骚扰 8 抗扰度 抗扰度 装置 设备或系统面临电磁骚扰不降低运行能性能的能力 9 特征谐波 特征谐波 在一个脉动数为 p 的换流阀 在它的直流侧产生 n kp 次谐波电压 而它的交流侧则产生 n kp 1 次谐 波电流 其中 k 为整数 这些谐波称为换流阀的特征谐波 10 低频电磁屏蔽系数 低频电磁屏蔽系数 指对低频骚扰而言 屏蔽以后和屏蔽以前电缆芯线上纵向感应电势之比 11 高频电磁屏蔽系数 高频电磁屏蔽系数 指对高频辐射骚扰而言 屏蔽以后和屏蔽以前电缆芯线上纵向感应电势之比 12 暂态地电位升高 暂态地电位升高 GIS 中的隔离开关操作 母线接地以及做耐压母线对外壳的瞬间放电都会产生前沿很陡的暂态 电压波 暂态电压波在导线上流过形成电流波 当电流波遇到阻抗发生变化时引起外壳暂态地电位不为零而升高的现 象 13 敏感性 敏感性 在存在电磁骚扰的情况下 装置 设备或系统不能避免性能降低的能力 14 转移阻抗 转移阻抗 流过电缆外皮的电流对接地点产生的骚扰电压 因为电缆外皮的 0 0 0 0 自感和外皮与芯线间的互感相等 即 所以转移阻抗 0 0 0 0 二 问答题二 问答题 1 电力系统电磁环境的特点 电力系统电磁环境的特点 1 处于同一电力系统中的各种电器设备通过电的或磁的联系彼此紧密相连 相互影响 由于运行方式的改变 故障 开关操作等引起的电磁振荡会波及很多电器设备 使这些设备的工作性能受到影响 甚 至遭到破坏 2 在正常运行状态下 某些整流设备及非线性元件等产生的谐波也会危害其它设备 因此电力系统内 部存在着大量的 EMC 问题 2 电磁兼容问题可归结为哪些方面 电磁兼容问题可归结为哪些方面 1 变电站电磁兼容技术问题 2 输变电工程的电磁环境问题 3 电力质量问题 3 电网谐波污染的起因 特点 危害和对策 电网谐波污染的起因 特点 危害和对策 1 起因 起因 同步发电机 谐波电压源 变压器 包括铁磁电抗器 大功 率可控整流设备 其他非线性用电设备 2 特点 特点 谐波电流注入电力系统后 在系统的阻抗上引起谐波压降 会使 电力系统各点的电压产生畸变 3 危害 危害 谐波对一次设备的影响和危害主要表现在以下几个方面 增加设备的损 耗 提高闻声 降低设备的出力和寿命 增加绝缘中的戒指损耗和局部放电量 加速绝缘老化 增加点击的振动 和噪声 谐波对二次设备的主要影响损耗骚扰其正常的工作状态 如测量的准确度 动作的可靠性等 谐波对用电设 备的影响表现在 增加损耗 降低寿命 使其运行性能劣化 4 对策 对策 减小谐波影响应优先对谐波源本身或 在其附近采取适当的技术措施 1 增加换流装置的脉动数 2 加装交流滤波装置 3 改变谐波源的配置或工作方式 4 加装串联电抗器 5 改善三相不平衡度 6 加装静止无功补偿器 7 增加系统承受谐波的能力 8 避免电力电容器组对 谐波的放大 9 提高设备或装置抗谐波骚扰能力 改善谐波保护性能 10 采用有源滤波器等新型抑制谐波的措施 4 简述无源交流滤波器的设计方法 简述无源交流滤波器的设计方法 答 无源交流滤波器设计包括单调谐滤波器和高通滤波器设计 一般方法是 确定回路的参数 R L C 还要考 虑电容器兼做系统的无功补偿之用 综合分析各方面的技术经济指标以后 确定最合理的方案 一 单调谐滤波器的设计 一 单调谐滤波器的设计 选择电容器 电筒器的电容量 C 一般可根据两个条件计算 a 谐波电压的幅值应被限制在容许的范围内 使 其在正常运行时不产生局部放电 b 谐波容量应被限制在容许的范围内 以免介质损耗过大而超过容许温升 电容 器还要考虑系统无功补偿的需要 串联电抗器 L 按以下公式计算 1 1 2 1 1 电抗器品质因数 50 150 1 等值电阻由下式确定 0 1 2 1 0 式中应包括和两部分 必要时还附加电阻 外 二 高通滤波器的设计 二 高通滤波器的设计 由补偿作用确定电容器 C 额定电压较单调谐滤波器的低 容量等于基波容量 根据 0 0 1 0 0 1 2 根据 及 2 5 刀闸切合空载母线产生暂态骚扰的机理及其特点刀闸切合空载母线产生暂态骚扰的机理及其特点 答 合闸 合闸 动触头以一定的速度向静触头移动 断口逐渐缩小 当断口间的电位差足以使其间的空气绝缘击穿时 就 产生了第一次电弧 空载母线上的电位从初始状态的零值经过短暂的震荡过程后变为当时电源电压的瞬时值 当高频 电流为零时电弧熄灭 母线再次和电源断开 此时 母线上的电位一直保持着熄弧时的数值 随后 电源电压继续按 正弦规律变化 断口两端的电位差又逐渐增大 直至断口气隙又被击穿为止 母线电位再经过震荡后改变为此时电源 电压的瞬时值 电弧随即又熄灭 这样 电弧的重燃和熄灭过程反复出现 直至动触头和静触头相互接触为止 因为 在合闸过程中 电弧重燃时端口两端的电位差也逐渐缩小 故在工频一个周期内电弧重燃次数逐渐增加 母线电压成 为越来越密切的阶梯状波形 实际上 母线上的电荷总是存在泄漏 分闸 分闸 当触头分离以后 第一次工频电流过零 母线的充电电流即被切断 电弧熄灭 在空载母线上保持断开瞬间的 电位 随着电源电压的变化 断口两端的电位差增大 直到间隙被击穿 发生第一次电弧重燃 经过短暂的高频振荡 以后 当母线电压重新等于电源电压时 电弧再次熄灭 这个过程重复进行 直到断口之间气隙的介质恢复强度超过 两倍电源电压幅值为止 电弧不再重燃 分闸时 随着断口之间的距离逐渐增大 每次电弧重燃时断口两端的电位差 也成阶跃式增加 不过 和合闸情况相反 在一个工频周期内的重燃次数逐渐减少 6 暂态骚扰的耦合途径及其含义分别是什么 暂态骚扰的耦合途径及其含义分别是什么 答 1 容性耦合 一次和二次回路之间通过静电感应在二次回路中产生骚扰电压 2 感性耦合 高频电流产生的交变磁通和二次回路交链 在二次回路中引起电磁感应电势 3 阻性耦合 高频电流经过接在母线上的一次设备的接地引下线流入地中时 在引下线的电感和接地电阻上产生 的高频压降作用于电缆的外皮上 使电缆外皮中流过高频电流 在芯线上感应骚扰电压 4 高频辐射耦合 当振荡频率很高时 会产生辐射电磁场 对所有能够接收到电磁波的二次回路造成骚扰 7 GISGIS 和和 AISAIS 相比 它们产生的暂态骚扰的破坏性哪个更强 为什么 相比 它们产生的暂态骚扰的破坏性哪个更强 为什么 答 GIS 产生的暂态骚扰破坏性更强 因为对于 GIS 来说 暂态骚扰信号会经外壳发生折反射现象 从而可能导致接 头处的暂态骚扰更强 由 GIS 开关操作引起 VFTO VFTO 行波沿母线外皮和外壳内表面传播 当遇到外壳不连续处就会产生折反射 从而引 起外壳电位升 TEV 沿 GIS 母线导管传播的 VFTO 和沿 GIS 壳体于接地系统的暂态地电位升高 TGPR 都会产生瞬 间电磁场 形成辐射骚扰 前者的场强较高 频率亦高 会穿越气隔间的法兰形成空间辐射骚扰 后者的场强远低于前者 幅值骚扰也小的多 但同样会建立起场强为数至十几 KV m 频率为数至数十 MHz 的瞬态电场 瞬态电场会对 GIS 周围空间的弱电设备产生 骚扰 由 TEV 引起的暂态电磁辐射 也可能会对处于变电站的人身构成一定的威胁 8 提高变电所一次和二次设备之间的提高变电所一次和二次设备之间的 EMCEMC 基本措施 基本措施 答 1 降低骚扰源产生暂态骚扰的幅值和出现的概率 2 阻断暂态骚扰的传输途径 3 采取完善的抗骚扰措 施 4 提高二次设备抗暂态骚扰的能力 9 高频辐射骚扰有何特点高频辐射骚扰有何特点 答 在电力系统中 辐射骚扰虽不普遍 但也不容忽视 如 高压变电所中的局部放电 雷击变电站避雷针 线 开关操作以及直流换流站中换流阀导通和关断时都会产生高频电磁场辐射 一般 辐射骚扰波及范围广 传播的距离远 虽然辐射骚扰能量较小 但是往往对敏感度高的二次设备产生不可忽视 的骚扰 辐射都和传导 耦合相伴相生 加强骚扰作用 当振荡频率从很高时 会产生辐射电磁场 对所有能够接收 到电磁波的二次回路造成骚扰 实际上 常常不是只有一种耦合方式起作用 而是几种耦合方式同时存在 共同骚扰 10 为什么核电磁脉冲对电网的威胁时致命的 为什么核电磁脉冲对电网的威胁时致命的 答 NEMP 的波及范围广 在地面上的影响范围决定于爆炸点的高度 最大可达百万平方公里 NEMP 以波的形式向地 面辐射 所有裸露在地面上的金属导体都将受到感应 架空线路和变电所受到直接影响 由于地面场强高达每米几十千伏 所以 在架空线路及其他接收天线上可以产生很高的感应电势 它不仅能够击穿变 电所中一次设备的绝缘 而且对二次系统的敏感元件形成极强的电磁骚扰 甚至将其打坏 11 简述屏蔽电缆的屏蔽原理简述屏蔽电缆的屏蔽原理 答 若果采用金属外皮的屏蔽电缆 而且电缆外皮两端接地 则不论对容性耦合或感性耦合产生的骚扰都有明显的抑 制作用 为了避免较大的地中电流流过金属外皮而将其烧毁 在外界磁场较小的情况下 可以采用一端接地的方式 接地点最好选择在近端以降低感应电压静电屏蔽适用抑制容性耦合产生的骚扰 低频电磁屏蔽适用于抑制感性耦合产生的骚扰 屏蔽原理主要是利用外皮上的感应电流产生二次场来抵消骚扰源一次场的作用 所以屏蔽回路应当两端接地 显然 屏蔽回路的纵向阻抗及接地电阻越小 回路内的感应电流越大 屏蔽效果越明显 高频电磁屏蔽适用于抑制高频辐射产生的骚扰 高频屏蔽的基本原理 1 利用波阻抗变化 电磁波在屏蔽界面反射 减弱骚扰能量 2 利用屏蔽内涡流衰减电磁波 使骚扰能量进一步减弱 12 变电所设计中应考虑哪些抗骚扰措施 变电所设计中应考虑哪些抗骚扰措施 答 1 将高 低电平的信号电缆分开 主要抑制容性耦合骚扰 2 二次电缆在变电所内走向尽可能呈辐射状 避免 环路 抑制感性耦合骚扰 3 二次电缆应尽量远离高压母线和暂态电流的入地点并尽量减少和母线的平行长度 4 利用电缆沟屏蔽作用 5 改善变电所接地 降低接地电阻 6 合理选择变电站中保护小室的接地方式并加强其屏蔽 13 骚扰信号测量的目的是什么 骚扰信号测量的目的是什么 答 骚扰信号对电力系统运行及设备安全都有一定程度的影响 为了更好的维持系统安全稳定和设备的安全可靠 有 必要对各种骚扰信号加以测量 以尽量减少其影响 比如 谐波作为表征电能质量的一个重要指标 有必要在电力系 统日常运行中加以监测 以保证供电系统谐波含量和谐波畸变率符合国际要求 14 抗扰度试验的目的是什么 它与电气设备预防性试验有何区别 抗扰度试验的目的是什么 它与电气设备预防性试验有何区别 答 目的 目的 1 以往电力系统中的二次设备对电磁骚扰的反应灵敏度较低 即使有骚扰 也主要是低频骚扰起作用 如谐波 电压变化等 2 近代电力系统中 电子元器件的应用广泛 它们对高频及暂态骚扰表现的更为敏感 可以 说电子元器件的大量使用增加了二次设备损坏和误动作的可能性 3 为减少事故 提高二次设备的抗骚扰能力 有 必要对二次设备进行抗扰度试验 4 抗扰度试验的目的是对处于电磁骚扰影响下的二次设备的运行情况进行检查 试验时设备总处于供电状态并正常运转 区别 区别 绝缘试验是在离线的情况下进行的 即试验时二次设备上不同时施加工作电压 而抗扰度试验则是为了检验在 电磁骚扰下二次设备的运行情况 因此抗扰度试验必须使二次设备处于正常的运行状态 即在离线状态下进行 15 确定抗扰度试验项目和试验确定抗扰度试验项目和试验 标准时应考虑哪些因素 为什么 标准时应考虑哪些因素 为什么 答 1 影响设备的骚扰类型 2 环境条件 各设备所处电磁环境不同 它表明了骚扰电平 3 所要求的可靠 性和特性 在指定环境下用户所需的可靠性程度不同 4 经济约束 选用极端试验值可能会使产品不经济 16 抗扰度试验对应设备的端口类型及其含义分别是什么 抗扰度试验对应设备的端口类型及其含义分别是什么 答 抗扰度试验对应设备的 5 类端口 见图 9 1 设备端口示意图 1 外壳端口 它是设备的物理边界 如机壳 外壳端口提供辐射和静电放电能量的传播途径 2 交流电源端口 3 直流电源端口 4 信号端口 5 功能接地端口 除外壳端口以外的上述端口提供传到能量的传播途径 17 1 2 50us 1 2 50us 电压 电压 8 20us 8 20us 电流 浪涌试验试验的原理和方法 电流 浪涌试验试验的原理和方法 答 试验的目的是检验设备对由以下现象引起的单向瞬态骚扰的抗扰度 1 电网中的切换现象 如电容器的切换 2 电网中的故障 3 雷击 直接或间接雷击 这种电压脉冲对二次设备的中庸取决于骚扰源和受试设备的相对阻抗 如果设备的阻抗比骚扰源的阻抗打 在设 备的端子上产生电压脉冲 反之 则形成电流脉冲 试验装置必须适应这种情况 它不但能够提供电压脉冲 而且能够提供电流脉冲 对试验装置的要求是 开路状态时输出一个 1 2 50us 的电压脉冲 短路状态时输出一个 8 20us 的电流脉冲 试验设备还包括 1 一下类型之一的耦合电路 用于电源或控制线的电容耦合 并联电容 图 9 7 为一实例 用于电源或 控制线的电感耦合 通过串联变压器耦合 用于通讯线路的气体放电管耦合 2 去耦电路 反向滤波器 3 合适的测量设备 示波器 其频率范围不小于 10MHz 将同样的电压分别施加于电源端子上一级 I O 接口上 每个极性至少试验次 每次可能叠加在交流电压的不同的相位上 两次浪涌之间的间隔时间取决于内部保护装置的恢复时间 重复率最快为 1 次 min 该试验适用于 所有类型的设备 它们的交流或直流电源线或端子 输入 输出控制和信号线或端子 线与线之 间 线对线 或线与地之间 试验应在 IEC68 1 要求的标准气候条件下进行 温度 15 35 相对湿度 10 75 大气压力 86kpa 106kPa 实验室的电磁条件应不影响试验结果 18 简述输变电工程电磁环境问题的分类及其特点 简述输变电工程电磁环境问题的分类及其特点 答 1 电力系统对邻近其他设施的电磁影响 包括 电力设施对无线电的电磁骚扰 电力系统对邻近金属结构的电 磁影响 电力电缆短路故障时对直埋通信线路和金属管线的电磁影响 高压架空输电线路对通信线路的工频骚扰 架 空输电线路对居民房屋的影响 工频电场对交通安全的影响 送点下怒产生的可听噪声 2 电力系统工频磁场问题 3 工频电磁场的生物效应问题 包括工频电场的生态效应问题 工频磁场的生态效应问题 19 简述输电线路走廊边缘处工频磁场的减缓技术简述输电线路走廊边缘处工频磁场的减缓技术 答 鉴于架空输电新线路产生的电磁场对健康的影响的争论依然存在和输电容量的不断扩大 有必要采取从技术上和 经济上都能接受的工频电磁场削减措施 为减小输电线路走廊边缘的工频磁场 可采用在输电线路附近安装无源回路和有源回路的工频磁场减缓技术 针对输电线路三相道题水平布置的情况 可以通过假设平行于输电线路附近安装无源回路或有源回路抑制 ROW 的 工频磁场 在无源回路中 可分别采用直接通过回路感应电流的工频磁场减缓技术和在回路中串联补偿电容利用谐振减小回 路阻抗增大回路感应电流的工频磁场减缓技术 原理 减缓 ROW 边缘的工频磁场的方法之一是在输电线路和 ROW 边缘之间架设两条平行于输电线路的低绝缘等级架空 屏蔽导线 该两条屏蔽导线在屏蔽区域的两端相连在一起形成闭合屏蔽环路 由于闭合屏蔽环路在输电线路的磁场作用下会产生感应电流 而该感应电流产生的磁场会部分抵消输电线路的磁场 闭合屏蔽环路中的电阻感抗影响着电流的大小和相位 在闭合屏蔽环路中串联电容器可抵消部分感抗从而增大环路电流 适当选择电容器的容抗可显著提高屏蔽效果 20 如何正确地使用手机如何正确地使用手机 答 1 通话用耳机 使用耳机可使头部受辐射低百倍以上 2 信号越少 辐射越大 手机信号不稳定时 必须提高发射功率才能保证正常通话 辐射较大 3 手机铃响勿放耳边 手机此时尚未启动功率控制 辐射较大 4 睡觉时手机远离枕边 手机在不正常工作时也不断和基站进行联系 因而不要把手机放到枕边 5 左右交换倾听来电 长时间通话不要始终使用一边耳朵接听 适时左右轮换接听 22 为什么骚扰源中只有高频分量才会考虑辐射骚扰 为什么骚扰源中只有高频分量才会考虑辐射骚扰 辐射总功率与波长的平方成反比 与频率的平方成正比 所以只有高频才能辐射出足够大的能量 23 隔离变压器的作用及结构特点分别是什么 如何正确的使用隔离变压器的作用及结构特点分别是什么 如何正确的使用 作用是使原方出现的共模骚扰电压经杂散电容及屏蔽层而接地短路 不进入二次侧 特点是互感器原副方绕组之间装 设一个铜箔做成的屏蔽层 而且将屏蔽层和铁芯一起接地 使用时注意铁芯和屏蔽层接地 24 自动测试系统的含义和用途分别是什么 自动测试系统的含义和用途分别是什么 自动测试系统是由微机通过通用接口和若干测量仪器组合成任意的测量系统 可根据具体测量的需要 将计算机和各 种测量仪器组合成任意的测量系统 自动测试系统的高度的灵活性 使它极适合于各种骚扰信号的现场测量和在线分 析 三 现象分析题三 现象分析题 1 1 对一台 对一台 900KVA900KVA 的配电变压器现场实测发现 当负载为额定负载的一半时 中性线上电流超过了线电流 而且电压的配电变压器现场实测发现 当负载为额定负载的一半时 中性线上电流超过了线电流 而且电压 畸变在某些位置高达畸变在某些位置高达 20 20 如何解释该现象 如何解释该现象 答 中性线上电流超过线电流说明线路发生了故障 电压畸变较高是因为谐波含量较大 2 2 一台 一台 30MW30MW 汽轮发电机对电气化铁路供电 在某一运行方式下汽轮发电机对电气化铁路供电 在某一运行方式下 5 5 次谐波电流达到额定电流的次谐波电流达到额定电流的 18 18 左右 发电机发出左右 发电机发出 强烈的噪声 转子绕组的温升大增 定子端部的紧固螺栓冒火 如何解释 强烈的噪声 转子绕组的温升大增 定子端部的紧固螺栓冒火 如何解释 答 因为 5 次谐波含量大 谐波产生的电磁转矩导致转子受力不平衡 不同时刻受力不等 从而发生振动而产生噪 声 转子绕组中的谐波电流含量较大 导致发热量增大 发电机振动再加上温度较高 很容易产生火花 所以定子端 部的紧固螺栓冒火 3 3 统计表明 由于谐波而损坏的电气设备中 电容器约占 统计表明 由于谐波而损坏的电气设备中 电容器约占 40 40 所占比例最高 如何解释 所占比例最高 如何解释 答 电力电容器受谐波危害最大 主要表现在两个方面 1 增加介质损耗 使电容器温升增加 降低其寿命 2 引起或加强介质内部的局部放电 使绝缘老化 甚至击穿 运行经验表明 电容器中的局部放电是造成电容器损坏的重要原因 1 电容器在制造中 由于各种原因 在绝缘内部形成气泡 2 正常运行电压下 气泡不会放电 或只有少量的气泡放电 对电容器的运行不会产生很大的影响 3 如存在谐波电压 气泡中可能放电 放电过程就不会熄灭而将持续下去 并不断扩大 4 气泡中的放电产生热的 化学的 机械的效应对绝缘具有很大的破坏作用 综上 局部放电产生的带电离子增加了介质中的电导 使谐波电流损耗进一步增加 最终也将导致电容器因温度过高 而破坏 因此 电容器是受谐波危害最大的一种电气设备 据统计 由于谐波而损坏的电气设备中 电容器约占 40 4 据文献介绍 北京市某居民小区的据文献介绍 北京市某居民小区的 380V380V 配电网电压总谐波畸变率在配电网电压总谐波畸变率在 19 3019 30 要比要比 17 3017 30 时大时大 2 5 3 2 5 3 如何解释 如何解释 答 家用电器中对电网谐波影响最大的是电视机群 现代电视机采用全波整流 并利用晶闸管在电源电压峰值时 触发 所以电视机的电流都是脉冲形 接于同一电源的电视机群的电流脉冲基本上同时发生 其主要谐波电流几乎是 同相位的叠加 由于城网中电视机数量极大 且谐波电流畸变率也极大 又在晚间收视率高峰时刻集中使用 所以谐 波影响很大 所以 配电网电压总谐波畸变率在 19 30 要比 17 30 时大 2 5 3 5 大型整流变压器常采用非磁性材料制造油箱 用绝缘材料制造压板和夹件等 如何解释 大型整流变压器常采用非磁性材料制造油箱 用绝缘材料制造压板和夹件等 如何解释 答 漏磁通产生附加损耗 可能引起严重的局部过热 因此 采用措施来减少漏磁 谐波电流产生的杂散磁通还 会引起变压器外壳 外层硅钢片和某些紧固件发热 甚至可能引起严重的局部过热 因此 一般大型整流变压器在结 构设计时采用一系列的技术措施来减少漏磁 如合理布置大电流引线 采用非磁性材料制造油箱 用绝缘材料制造压 板和夹件等 6 某变电所从某变电所从 19751975 年到年到 19791979 年年 3 3 次因雷击或高压线单相接地而损坏通信设备 使变电所的二次电缆头烧融 并烧坏次因雷击或高压线单相接地而损坏通信设备 使变电所的二次电缆头烧融 并烧坏 二次电缆二次电缆 2020 多米 损坏载波机多米 损坏载波机 9 9 台 如何理解 台 如何理解 答 变电所中由于雷击 系统对地短路等原因引起的地电位升高 对变电所设备造成很大威胁 也是对二次回路 骚扰的主要来源之一 一些变电所的接地装置年久失修或维修不当 接地网严重腐蚀 引下线断裂 以致事故频频发 生 不少设备大量损坏 使变电所的正常运行受到很大威胁 当雷电直接击中变电所或发生单相接地短路时 大电流 经接地点泄入地网 使接地点乃至整个地网的电位升高 如果二次回路和接地网的连接点