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变电站开关瞬态场干扰耦合机理研究

作　者: 卢斌先
导　师: 王泽忠
学　校: 华北电力大学（北京）
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 开关瞬态场电磁耦合抗扰度电磁屏蔽传输线理论
分类号: TM711
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 358次
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内容摘要

随着电力系统输电电压的不断提高,以微处理器为核心的保护与控制电路更易受到干扰。因此研究变电站电磁干扰特性和电气设备抗电磁干扰特性,对预估干扰危害和采取有效防护措施有着重要的理论意义和实际应用价值。结合国家杰出青年科学基金项目“电磁干扰的耦合机理”(No.50325723),本论文对开关瞬态电磁场特性、微机保护设备和计算机的抗扰度问题、传输线与空间电磁场之间的耦合问题进行了研究。论文的创新成果如下:1在国内首次对500kV变电站开关瞬态电磁场进行了系统测量,在5座调试的500kV变电站测量了开关操作产生的瞬态电场,在其中的3座变电站测量了开关操作产生的瞬态磁场。对测量数据进行分析,得出了开关瞬态电磁场的时域特性和频域特性。测量得到的数据为验证变电站开关瞬态电磁场研究的理论模型和研究变电站电气设备抗开关瞬态电磁场干扰特性奠定了基础。2在国内首次对微机保护装置进行强电磁脉冲下的抗干扰特性的实验研究。基于现场测量的开关瞬态电磁场数据及兼顾其它方面研究的需要,设计制作了有界波EMP模拟器。在EMP模拟器下研究了变电站微机保护装置抗开关瞬态电磁场干扰特性,得出了采用双层金属屏蔽柜屏蔽开关瞬态电磁场比较保守的结论,分析了引起保护装置故障的干扰的耦合路径。此外,还通过实验研究了变电站控制室微型计算机抗瞬态电磁干扰特性和带孔金属屏蔽盒强瞬态电磁脉冲的屏蔽特性。3基于EMP模拟器通过实验研究了空间电磁场激励下线缆终端耦合电压和电流响应,发现对于电缆来说,电缆两端屏蔽层接地方式的改变对芯线终端耦合电流的影响不同,相对于开关瞬态电磁场传播方向而言,屏蔽层的不同接地方式对源端芯线电流的影响不明显,而负载端电流受屏蔽层接地方式影响较大;对于屏蔽层四种不同接地方式来说,两端芯线电流时域最大峰峰值从大到小排序为:源端接地负载端浮地、两端浮地、两端接地、源端浮地负载端接地。4提出了基于耦合多导体传输线结点导纳方程的分析空间电磁场激励下传输线终端耦合电压响应的方法,并推导了均匀平面波激励下的耦合多导体传输线终端响应的公式,通过与现有方法进行比较,验证了本论文推导公式的正确性。基于耦合多导体传输线结点导纳方程,研究了共地二线传输线串扰问题,考虑负载电感模型时,实验测量结果与理论仿真结果吻合。论文还对EMP工作空间电磁场激励下传输线终端耦合电流公式进行了推导, EMP模拟器工作空间架空线终端耦合电流实验结果与理论仿真结果吻合。

全文目录

中文摘要  5-6
英文摘要  6-10
第一章引言  10-19
  1.1 课题的背景及意义  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-17
  1.3 本论文的主要工作  17-19
第二章变电站开关操作产生的瞬态电磁场分析  19-36
  2.1 变电站开关瞬态电磁场测量概述  19-20
    2.1.1 测量位置以及操作对象  19-20
    2.1.2 测量设备  20
  2.2 开关操作产生的瞬态电场特性分析  20-27
    2.2.1 隔离开关操作产生的瞬态电场特性分析  20-26
      2.2.1.1 隔离开关操作产生的瞬态电场时域特性分析  20-24
      2.2.1.2 单次重燃瞬态电场频域特性分析  24-26
    2.2.2 断路器操作产生的瞬态电场特性分析  26-27
      2.2.2.1 断路器操作长线产生瞬态电场时域特性分析  26-27
      2.2.2.2 断路器操作长线产生的瞬态电场频域特性分析  27
  2.3 开关操作产生瞬态磁场数据分析  27-32
    2.3.1 隔离开关操作作产生的瞬态磁场数据分析  27-31
      2.3.1.1 隔离开关操作作产生的瞬态磁场数据时域分析  27-30
      2.3.1.2 隔离开关操作作产生的瞬态磁场数据频域分析  30-31
    2.3.2 断路器操作产生瞬态磁场特性分析  31-32
      2.3.2.1 断路器操作产生瞬态磁场数据时域分析  31-32
      2.3.2.2 断路器操作产生瞬态磁场数据频域分析  32
  2.4 测量结果与 EPRI 测量结果的比较  32-34
  2.5 本章小结  34-36
第三章变电站电子设备抗干扰及防护措施研究  36-53
  3.1 实验设备介绍  36-39
    3.1.1 EMP 模拟器的设计  36-38
    3.1.2 强电场测量系统和弱电场测量系统  38-39
  3.2 变电站微机保护设备抗干扰研究  39-44
    3.2.1 EMP 场与变电站开关瞬态场特性比较  39
    3.2.2 抗干扰实验的方法  39
    3.2.3 不同防护措施下设备抗扰实验  39-43
    3.2.4 总结  43-44
  3.3 微型计算机主机抗干扰研究  44-47
    3.3.1 EMP 源与模拟变电站控制室的相对位置  44
    3.3.2 室内外电场强度比较  44-46
    3.3.3 模拟控制室的计算机抗扰研究  46-47
    3.3.4 总结  47
  3.4 金属屏蔽盒屏蔽特性研究  47-52
    3.4.1 金属屏蔽盒屏蔽特性实验研究  47-49
    3.4.2 金属盒瞬态屏蔽效能分析  49-51
    3.4.3 金属盒电场频域屏蔽效能分析  51
    3.4.4 总结  51-52
  3.5 本章小结  52-53
第四章线缆耦合响应实验研究  53-92
  4.1 EMP 模拟器电磁场激励下架空线耦合响应实验研究  53-63
    4.1.1 短架空线终端耦合响应实验研究  53-60
    4.1.2 长架空线耦合响应实验研究  60-63
  4.2 EMP 模拟器电磁场激励下屏蔽电缆耦合响应实验研究  63-87
    4.2.1 短屏蔽电缆耦合响应实验研究  63-79
    4.2.2 长屏蔽电缆耦合响应实验研究  79-87
  4.3 变电站开关瞬态场在屏蔽电缆上产生的耦合电压分析  87-90
  4.4 本章小结  90-92
第五章外场激励下传输线终端耦合响应的仿真研究  92-121
  5.1 均匀平面波激励下考虑大地影响空间电磁场的计算  92-94
  5.2 基于 Taylor 模型传输线终端耦合电流的频域解  94-100
    5.2.1 理论推导  94-96
    5.2.2 耦合电流公式的验证与频率响应  96-98
    5.2.3 参数对终端电流的影响  98-100
  5.3 基于 Agrawal 模型传输线终端耦合电流的频域解  100-106
    5.3.1 理论推导  100-101
    5.3.2 均匀平面波参数和传输线参数对耦合电流的影响  101-104
    5.3.3 EMP 模拟器下传输线终端耦合电流计算与测量比较  104-106
  5.4 基于 Taylor 模型的耦合多导体传输线结点导纳方程  106-109
    5.4.1 外场激励下无端接耦合多导体传输线结点导纳方程  106-107
    5.4.2 外场激励下端接耦合多导体传输线结点导纳方程  107-109
  5.5 基于 Agrawal 模型的耦合多导体传输线结点导纳方程  109-111
    5.5.1 外场激励下无端接耦合多导体传输线结点导纳方程  109-110
    5.5.2 外场激励下端接耦合多导体传输线结点导纳方程  110-111
  5.6 外场激励下耦合多导体传输线耦合响应的仿真  111-115
    5.6.1 耦合多导体传输参数的计算  111-112
    5.6.2 公式验证  112-115
  5.7 共地二导体传输线串扰研究  115-120
    5.7.1 传输线参数对干扰电压的影响  116-117
    5.7.2 实验测量与分析  117-120
      5.7.2.1 实验测量结果  117-118
      5.7.2.2 实验与理论对比  118-120
  5.8 本章小结  120-121
第六章结论  121-122
参考文献  122-129
致谢  129-130
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文  130-132

变电站开关瞬态场干扰耦合机理研究

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