隔离开关开合下电子式互感器传导干扰分析及抗干扰方法

学术论文 2017-08-10 16:06:37
    根据以往的实验数据分析发现,电子式互感器在电磁干扰的情况下可能会出现故障。在系统短路以及开关操作的应用环境下,电子式互感器与一次导线的安装位置距离比较近,在电磁场耦合与直接传导等方面的干扰下容易受到影响。相比于电磁兼容标准来说,这些方面的干扰明显强于规定标准。
    1 隔离开关开合下电子式互感器传导干扰的关键问题分析
    在进行电磁兼容试验之前,实验人员需要对实验环境进行适当的调整,使实验环境与电子式互感器的实际应用环境相一致。在以往的实验研究中,许多实验通过隔离开关操作所引发的电磁干扰来测试电磁兼容性,对电子式互感器在运行状态下所存在的部分问题进行了深入的分析。然而这种实验方法在目的上主要体现在电子式互感器的质量方面。对于电子互感器中隔离开关开合干扰的传播过程与产生机制没有进行深入的研究与分析。所得到的实验结果也无法为电子式互感器的生产厂家提供有参考性的意见与建议。
本次实验研究对电子式互感器在运行状态下所受到的来自于隔离开关开合方面的影响进行了深入的研究与分析,通过建模仿真的方式对电子式互感器中传导干扰信号的传播机理与生产机制进行了研究与分析。同时,通过样机互感器,对相关抗干扰措施的有效性进行了判定。
    2 建模
    2.1 空心线圈电流互感器电磁干扰分析
    本次实验研究所选用的电子式互感器以空心线圈为基础,由合并单元、采集单元与一次传感单元等元件所组成。重点分析不同部位在运行状态下的干扰情况。
    2.1.1 一次传感单元所受干扰分析
    当前我国所生产的电子式互感器普遍使用较宽的线圈频带,由于所使用的电流信号频率较大,在空心线圈范围内会出现比较大的电压信号,影响空心线圈的运行状态。部分电子传感器在电气边接的状态下还可能会将电压信号传递给采集单元,进而影响到采集单元的运行稳定性。若被测电流为10kA,则工频50Hz电流频率下所产生的输出电压可以达到0.2V,若被测电流为300kA,则工频50Hz电流频率下所产生的输出电压可以达到1200V。这对于采集单元与线圈本身来说是一项十分严格的考验。
    2.1.2 采集单元所受干扰分析
    通常情况下,采集单元的位置往往在屏蔽盒内,同时设置了电源接口、信号输出接口与信号输入接口。在运行状态下的采集单元所受到的干扰主要来自以下两个方面:第一,在隔离开关开合的状态下,暂态信号会作用与空心线圈,采集单元在电气连接的作用下感应到暂态信号;第二,开合过程中的隔离开关在电磁辐射的过程中产生瞬态电磁场,对于正常工作状态下的采集单元电路会产生一定程度的影响。其中比较严重的干扰为第一类干扰,金属屏蔽盒的作用下,第二类干扰相对来说比较小。
    2.1.3 合并单元所受干扰分析
    采集单元与合并单元之间需要通过光纤来对信号进行传输。由于通常情况下采集单元不会受到直接的传导干扰。处于控制室内的合并单元不会受到十分强烈的电磁辐射干扰。
经实验研究性,采集单元与传感单元位于同一个一次本体,相比于合并单元来说,会受到更加严重的电磁干扰。传感单元是采集单元的主要干扰源,在建立传感单元模型的过程中,要感应输出过程进行仿真处理,对采集单元在输出后的具有状态进行分析,结合仿真结果,对各项抗干扰措施进行科学有效的制定。
    2.2 隔离开关开合试验建模
    暂态电流信号是产生干扰的主要源头。本次实验研究通过电路开全来收集暂态电流,再通过空心线圈与暂电流来对暂态输出信号进行模拟。对隔离开关过程中所产生的感应频率与感应电压进行分析。A/D转换器是采集单位十分重要的组成部分之一,这就需要对A/D转换器与空心线圈之间的关系进行专门的分析。最后,根据输出信号所体现出来的具体特点对抗干扰措施进行制定。在建模仿真技术的支持下,對具体的抗干扰技术进行改良与优化。
    3 抗干扰措施的优化设计
    为了提高电子式互感器的抗干扰能力,在部分应用环境下可以使用防护器件,需要注意的是所使用的防护器件不可以对互感器的正常工作状态造成干扰,在没有抗干扰措施和施加抗干扰措施两种状态下的输出情况,互感器在加抗干扰措施的同时也加入了TVS管与RC滤波电路,可以得到相互重合的波形,通过FFT分析法对两种波形进行研究,这两种滤形只存在0.01%的差异,提示在电子互感器中加入防护器件对于正常运行状态下的互感器不会造成影响。
    4 结束语
    建立空心线圈电流互感器与隔离开关开合试验的仿真模型,能够对高频电流波形进行有效的描述,所得到的研究数据与测试结果基本吻合,对于瞬态电磁干部的运行路径与产生原理的分析有着十分重要的意义。
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