0 引言 　　計算機技術(shù)為電力系統(tǒng)的控制和調(diào)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(shè)備的工作電壓有所下降，信號電壓也變得很低，導(dǎo)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(guān)操作、斷路器、雷電及系統(tǒng)短路等都是常見的干擾源，這些干擾源中，以開關(guān)操作產(chǎn)生的瞬變電磁場對電子設(shè)備的危害最大。在開關(guān)動觸頭的開、合動作過程中會產(chǎn)生大量的電弧（包括預(yù)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(guān)動作產(chǎn)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(chǎn)生的過電壓能達到相電壓幅值的6.5倍。由高壓隔離開關(guān)操作引起的控制系統(tǒng)毀壞或二次設(shè)備誤動作已有報道[1～4]，因此，了解這種操作產(chǎn)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(guān)操作瞬變電磁場的產(chǎn)生 [/b]　　高壓隔離開關(guān)閉合時，間隙逐漸縮小至其間的空氣絕緣擊穿時產(chǎn)生第一次電弧。空載母線上的電位從初始狀態(tài)的零值經(jīng)過短暫的振蕩過程后變?yōu)楫?dāng)時電壓的瞬時值，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(dāng)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(chǎn)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(guān)斷開時與閉合過程相反。電弧的熄滅和重燃，在母線上產(chǎn)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(shè)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(guān)及不同操作方式所產(chǎn)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(chǎn)生的瞬變場最大峰值越大，但波形變化隨系統(tǒng)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(guān)動作所產(chǎn)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(guān)閉合時測得的瞬變電磁場典型數(shù)據(jù)見表2。  　　測試數(shù)據(jù)隨GIS內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測試設(shè)備的不同而異，但345 kV及500 kV GIS大量的實測結(jié)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(shù)ns～1 ms；上升前沿為數(shù)ns～1 μs。經(jīng)比較實測數(shù)據(jù)可知：GIS中暫態(tài)現(xiàn)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??；總的持續(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(nèi)還有其他的干擾源，但引起問題最嚴(yán)重的是高壓隔離開關(guān)操作所產(chǎn)生的瞬變電磁場 。開關(guān)觸頭的慢速移動，不但使高壓系統(tǒng)的各部件之間的絕緣介質(zhì)多次擊穿，而且殘留電荷使擊穿電壓超過系統(tǒng)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(nèi)的計算機和其他電子設(shè)備形成很強的干擾。隨著綜合自動化技術(shù)的實施，一些電子設(shè)備設(shè)置在變電站內(nèi)，甚至在開關(guān)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(guān)操作產(chǎn)生的瞬變電磁場以不同的耦合或傳導(dǎo)形式干擾二次設(shè)備：（1）容性耦合：通過靜電感應(yīng)干擾二次設(shè)備；（2）感性耦合：產(chǎn)生的交變磁通和二次回路交鏈，在二次回路中產(chǎn)生感應(yīng)電勢；（3）阻性耦合：高頻電流經(jīng)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(chǎn)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(shè)備。 　　要實現(xiàn)良好的電磁兼容，須采取以下措施：（1）控制干擾源，使其不產(chǎn)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(shè)備或降低干擾程度；（3）提高易受影響設(shè)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(tǒng)的高壓機械開關(guān)（油斷路器、SF6斷路器、真空斷路器等）被大功率的電子開關(guān)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(tǒng)方法是屏蔽、接地、隔離及濾波等。變電站內(nèi)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(chǎn)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(shù)在電力系統(tǒng)的成熟應(yīng)用，國內(nèi)外已有光纖高電壓傳感器和電流傳感器成功應(yīng)用。由于光纖不會把電磁場引入設(shè)備，因此從路徑上切斷了干擾的傳播。 　　二次設(shè)備的接地包括安全接地和工作接地。二次設(shè)備的安全接地應(yīng)與一次設(shè)備的接地共用一個接地網(wǎng)，接地線也要盡可能短，以降低可能出現(xiàn)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(yīng)使引線盡可能短且就近接地。 　　變電站內(nèi)的二次設(shè)備，必須經(jīng)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。控制系統(tǒng)的可靠性除與硬件系統(tǒng)有關(guān)外，與軟件系統(tǒng)也有直接的關(guān)系，因此在軟件上也應(yīng)采取相應(yīng)的措施，如采用軟件濾波、設(shè)置看門狗防止死機及進行容錯設(shè)計等。軟件設(shè)計很大程度上依賴對現(xiàn)場各種情況的分析、總結(jié)，應(yīng)通過對干擾影響程序運行結(jié)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(tǒng)。 [b]3 結(jié)論 [/b]　　a.高壓隔離開關(guān)產(chǎn)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(nèi)的控制設(shè)備形成強烈的干擾，對二次設(shè)備的干擾最嚴(yán)重； 　　b.應(yīng)根據(jù)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(shè)備的干擾；對于電子設(shè)備，在硬件和軟件上都應(yīng)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(tǒng)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(shù)的現(xiàn)狀和前景.中國電力，1999，32（10）：25 　　7楊吟梅.變電站內(nèi)的電磁兼容問題.電網(wǎng)技術(shù)，1997，21（5）：67