电子式互感器的电磁兼容性能优化设计研究

电子式互感器的电磁兼容性能优化设计研究

张浩 ,张序庆

身份证号：522101198607294618 身份证号:522101198308014620

摘要：在我国进入21世纪快速发展的新时期，市场经济在快速发展，社会在不断进步，电子式互感器具有分压原理简单、应用过程便捷等优势，在各类高压系统中得到了有效应用。但是，在实际操作中依旧存在着一些问题，例如，在系统遭遇雷击时，低压侧过电压幅值较大，容易引起二次系统故障，降低电子式互感器工作状态的可靠性。基于此，采取恰当措施完成电磁兼容性能优化处理，对于提高系统运行安全性与稳定性有着积极的促进作用。

关键词：电子式互感器；电磁兼容性能；优化设计

引言

由于现有电子式互感器标准不符合现场应用实际工况，造成相关产品虽通过型式试验，但挂网运行中仍出现大量问题，严重制约了电子式互感器的推广和应用。本成果通过深入剖析电子式互感器在电力系统运行中所存在的问题，研究出电子式互感器电磁兼容、振动、谐波和暂态特性等关键性能提升方法，并实现工程应用，使电子式互感器试验一次通过率从２０１１年的不到１２％提高到目前的９０％以上，对建设坚强智能电网国家战略的实施具有重要意义。

1电子互感器的优点

1)安全性能高将高低压线路全部隔离开，具有较强的绝缘性，所以，安全性较高，同时因为其内部结构不含铁芯的构件，故铁磁谐振和磁饱和现象等问题得到很好解决。电磁式互感器的工作原理是使用铁芯作为耦合元件，同时这一互感器具有比较复杂的绝缘结构，外电压增加，绝缘制作成本相应加大。而电子式互感器则是以光纤为载体传输信号源，这样就会不断简化绝缘结构，其较好的性价比可以通过不断增加的电压而凸显出来。通过光纤的传输，彻底解决了高低压的问题，这样能避免二次短路的情况，极大程度降低了对操作人员的伤害，提高了设备的安全可靠性能。而且电子互感器的结构简单，不存在充油问题，因此，不会出现燃烧和爆炸的危险。相比较而言，电子式互感器去掉了铁心部分，从而不会出现铁磁谐振和磁饱和现象，故实际应用中具有良好的稳定性。2)低压侧无开路高压危险且抗磁干扰能力强电磁式互感器在低压侧具有一定的开路风险，而电子互感器连接高低压部分则是通过光纤实现的，通过光纤传输信号，二次回路完全与高压回路之间隔离，在电磁干扰方面也有着非常强的抗干扰能力。3)动态范围大精确度高且频率响应范围宽在实际工作中，电磁式互感器会有磁饱和的情况出现，因此，想要进行范围较大的测试比较困难，并且难以保证在一个互感器中既加以测量又进行继电保护。而电子互感器与其不同，具有较为广泛的动态范围，可以保证测量和继电保护同时实现，并且其频率范围主要由电子线路部分决定，具有较为广泛的频率响应范围。通过电子互感器可以对高压电力线中的谐波进行测试，并且能对电网电流短时的情况进行监测，对高频大电流及直流也可以加以测试，上述工作仅仅依靠电磁式互感器难以实现。

2电子式互感器的电磁兼容性能优化设计研究

2.1仿真流程

由于实际应用中，电容分压器主要工作在工频交流电压下，变化磁场产生的感应电场远小于电荷产生的库伦场，电容分压器高压端与地之间的电压随时间变化缓慢，分压器本体的尺寸远小于电磁场的波长。因而对电容分压器而言，任一瞬间的电场都可近似为稳定电场，对其可按静电场进行分析。本文利用有限元线性分析软件Ansys对电子式电压互感器建立二维静态模型进行仿真。具体仿真思路为：1）仿真优化电容分压器的外屏蔽结构，分别对施加和不施加高、低压屏蔽环这2种情况进行仿真，分析施加屏蔽体对电场的影响。2）在施加屏蔽环的前提下，建立不同主容量的电容分压器的仿真模型，仿真得到最优主容量。3）仿真周围存在接地体和高压线时，分析周围环境电场对电子式电压互感器的影响。从而对整体优化设计提出合理建议。

2.2整体建模

完成上述分析工作后，进入整体建模活动，以110kV电子式电压互感器为例，在对其进行建模分析时需要注意以下内容：（1）电子式互感器属于对称结构，在建模时可以先对50%的电子式互感器进行平面建模，最后可利用镜像工具直接得到完整的电子式互感器建模。（2）对于电子式互感器中的多个电容元件展开等效化分析，以得到准确的量化分析数据。在具体的分析活动中，会暂时忽略电容器上已有的高、低压引线，并且在仿真实验中，也需要明确具体的应用参数，将电容分压器提前调试到零电位平面位置，以提高分析结果的合理性与可靠性。（3）在电子式互感器中还存在较为复杂的内屏蔽结构，为了方便后续仿真活动的进行，也会利用圆筒来替代这些结构，并得到所需的二维静态模型。所建立模型中包含一次接线板、套管和底座，在分压器中所充填的绝缘介质为SF6。在内屏蔽上布置了连接线，其中高压端会利用连接线和以此接线板关联在一起，而低压端则会使用同规格的连接线和底座关联在一起。为了提高分析结果的科学性，在分析活动中还会设置边界约束条件，具体内容如下：①对于一次接线板和高压侧屏蔽环进行设计时，其需要满足以下边界条件：φ|L0=Ui，其中Ui=110/√3kV；②所使用的电容分压器的底座、低压接线端口在设计时，其需要满足以下边界条件：φ|L1=0，以便于后续分析活动的展开。

2.3隔离开关合闸环节的高频信号样点选取

在这一过程中出现的波形构成的样点有多个，如果均借助ANSY仿真作为电力激励，将会使仿真过程复杂化，因此，在实际过程中无需对各个点都加以仿真。故需要对相应的点进行选择取样，对其中影响电流值的部分加以考察。进行样点选择主要遵照如下原则：首先选择隔离开关合闸环节出现的高频瞬态电流信号，其相应数值随仿真时间的延长发生变化的点，并充分衡量电力点受到幅值能的影响，选取激励电流为0.05s时间的瞬态电流值；由于电磁场具有相对较高的辐射，电流的幅值也同其具有一定的关联，伴随电流值的通过，辐射能量也随之加大。

结语

针对目前电容分压型电子式电压互感器在工程应用中存在的电磁干扰问题，本文以减小电容分压器的主容量为出发点，为从根本上减小电磁干扰对互感器二次设备的影响，文中通过仿真计算得到最优主容量，经分析得出，设计合理屏蔽结构可有效减少杂散电容的影响，周围电场变化时对电容分压器产生的影响很小，可忽略。由仿真结果得到了最优设计方案，并通过对样机的试验，验证了优化设计方案满足0.2级测量准确度。本文对电容分压型电子式电压互感器的优化设计具有体积小，质量轻，抗干扰能力强的优点，且具有良好的发展前景和研究价值。

参考文献

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