750kV变电站母线电磁环境参数的试验研究

750 kV变电站母线电磁环境参数的试验研究 万保权1 ,2 , 邬 　雄2 , 杨毅波3 , 路 　遥2 , 张云政4 (1. 武汉大学电气工程学院 ,武汉 430072 ;2. 武汉高压研究所 ,武汉 430074 ; 3. 广州电气安全研究所 ,广州 510330 ;4. 襄樊襄城供电公司 ,襄樊 441021) 摘 　要 : 为确定 750 kV 变电站电磁环境参数 ,采用回路法试验了 750 kV 变电站管、软母线的无线电干扰。模拟 母线典型的架设方式并测量了地面 1 m 处的电场强度和可听噪声后得出母线无线电干扰为 70 dB ,地面电场为 13 kV/ m ,电晕噪声约 48 dB 的电磁环境水平 ,此水平不影响变电站外的环境。 关键词 : 750 kV 变电站 ; 母线 ; 电磁环境 ; 电晕噪声 中图分类号 : TM723 文献标识码 : A 文章编号 : 100326520 (2006) 0320057203 Study on Electromagnetic Environment of Bus in 750 kV Station WAN Baoquan1 ,2 , WU Xiong2 , YAN G Yibo3 , L U Yao2 , ZHAN G Yunzheng4 (1. School of Elect rical Engineering , Wuhan U niversity , Wuhan 430072 , China ; 2. Wuhan High Voltage Research Instit ute , Wuhan 430074 , China ; 3. Guangzhou Elect rical Safely Testing Instit ute , Guangzhou 510330 , China ; 4. Xiangcheng Elect rtic Power Company , Xiangfan 441021 , China) Abstract : This paper test s the radio interference of two kinds of bus with loop measurement for 750 kV station , and measures the ground elect ric field and audibility noise under bus. The radio interference limit (70 dB (μV/ cm) ) , ground elect ric field (13 kV/ m) and audibility noise (48 dB (A) ) of bus is determined. The elect romagnetic environ2 ment level can’t influence environment out side the 750 kV station. Key words : 750 kV station ; bus ; elect romagnetic environment ; audibility noise 0 　引 　言 高压变电站的运行会产生无线电干扰、工频电、 磁场和可听噪声 ,当电磁干扰严重时 ,对变电站附近 居民的无线电接收和专业无线电台站的工作及居民 的生活造成影响[ 126 ] ,因此限制变电站产生的无线电 干扰、工频电、磁场和可听噪声是变电站建设中考虑 的主要技术问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 之一。本文试验研究了典型结构布 置下的 750 kV 二分裂耐热软母和管型母线产生的 无线电干扰、可听噪声和地面场强。 1 　试验方法 1. 1 　无线电干扰试验 变电站产生无线电干扰有母线及其它电气设备 间连线的电晕放电 ;高压电气设备向母线或连线上 发射的高频电流 ;绝缘子火花放电或其它高压部件 连接松动或接触不良产生的间隙火花放电 3 类根 源。3 类放电过程中都产生高频脉冲电流 ,以致产 生无线电干扰。其中后 2 种随机出现 ,可通过清扫 和维护消除 ;当运行电压 > 100 kV 时 ,第 1 种占据 主导地位 ,不可消除。 采用回路法[7 ,8 ] 测量了母线产生的无线电干 扰。测量参考频率为 0. 5、1 M Hz。回路法的原理 测量见图 1。被测的高压设备 Cx 产生的无线电噪 声电流 (脉冲电流) 通过耦合单元 Z2 和 R 构成回 路 ,阻波器 Z1 用于阻止试验变压器 B 和 Cx 之间脉 冲电流流通。施加的试验电压一般 ≮1. 1 倍被测的 高压设备额定电压。 图 1 　标准测量回路 Fig11 　Measurement circuit of radio interference 1. 2 　地面场强试验 高压变电站中的地面电场由带电构架和高压电 气设备产生的场强合成 ,由于设备类型、结构和布置 不同 ,不同区域的场强不同 ,一般考虑运行人员常活 动的区域如巡视道等处的场强水平[9 ,10 ] 。750 kV 变电站母线地面电场试验主要按此布置。 1. 3 　可听噪声试验 变电站的可听噪声主要来源设备运行时机械的 ·75·　　 第 32 卷 第 3 期 2006 年　　3 月 高 　电 　压 　技 　术 High Voltage Engineering Vol . 32 No. 3 Mar. 　2006 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 振动和电晕放电 2 方面。此试验研究主要是变电站 母线和连接高压设备的软导线电晕产生的噪声。目 前 ,我国还没有测量母线噪声的相应标准 ,对 750 kV 变电站母线 ,其噪声测量方法是参照架空送电 线路可听噪声测量方法[11 ]标准 ,在母线下或距离母 线 15 m 的位置测量。 2 　试验条件 750 kV 变电站母线无线电干扰、地面场强和可 听噪声的试验布置见图 2。导线悬挂高度 20 m ,耦 合电容器高度 7. 8 m ,与实际 750 kV 变电站中母线 高度和高压电气设备高度相当。导线无线电干扰和 可听噪声测量与电容器的布置关系不大 ,而地面场 强与电容器布置有关。为测量地面最大场强 ,模拟 变电站中任一串旁的巡视道 ,试验时将电容器布置 在母线下方 ,在距离电容器 2 m 垂直于导线的方向 上布置测量点 ;可听噪声的测点选在导线正下方和 距离导线 15 m 的位置 ;导线的无线电干扰通过电 容器耦合测量。TRF80021000 耦合电容器电容量 1 nF。测量设备有 ESHS10 型无线电干扰接收机 , H I3604 型工频电磁场测量仪和 H Y104 型噪声计。 试验 2 类导线 :1)二分裂软导线 ,长 16 m ,分裂 间距 400 mm ,分裂导线截面 720 mm2 ;2) 管母线 , 长 13 m ,直径 250 mm。 相同环境条件 (晴天) 下 ,多次试验管母线和软 导线的电磁环境参数 ,取平均值。 图 2 　管母线试验无线电干扰试验布置图 Fig12 　Radio interference test set2up for tube bu 3 　试验结果 3. 1 　无线电干扰 导线无线电干扰电平 Er (dB ,μV/ m) 的测量结 果见表 1。 3. 2 　地面场强 母线下的地面场强试验布置方式有 2 种 :1) 母 线下方无任何带电体 ,以母线对地投影点为起点 (测 点 0) ,在垂直于母线方向上布点 ;2) 导线下方放置 一电容器 ,模拟变电站中与母线垂直的巡视道 ,测点 选择在垂直于母线 ,距离耦合电容器 2 m 的方向 上。相邻两测点间距离 1 m。试验电压 462 kV (1. 05 ×800/ 3) ,测量结果见表 2、3。 表 1 　750 kV变电站母线的无线电干扰电平 Tab. 1 　Radio interference level for the bus of 750 kV station dB Er (dB ,μV/ m) 软母 0. 5 M Hz 1 M Hz 管母 0. 5 M Hz 1 M Hz 508 kV 55. 2 54. 3 54. 8 53. 2 623 kV 59. 1 59 58. 2 57. 6 表 2 　750 kV变电站母线下方无高压设备时地面场强 Tab. 2 　Ground electric2f iled under the bus without high voltage equipments for 750 kV station kV/ m 测点 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 软母下 12. 9 12. 9 12. 7 12. 4 12. 0 11. 6 11. 1 10. 1 9. 2 8. 3 7. 1 管母下 11. 9 11. 8 11. 6 11. 4 11. 0 10. 6 10. 2 9. 7 9. 2 8. 7 8. 2 表 3 　750 kV变电站母线下有高压设备时地面场强 Tab. 3 　Ground electric2f iled under the bus with high voltage equipments for 750 kV station kV/ m 测点 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 软母下 20. 5 18. 8 17. 2 15. 2 13. 8 12. 4 11. 3 10. 6 10. 0 9. 4 8. 9 管母下 19. 2 18. 0 16. 5 14. 8 12. 6 11. 8 10. 2 9. 8 9. 4 9. 0 8. 4 3. 3 　可听噪声 单根母线的可听噪声由多次测量结果按等效声 级 L Aeq , n = 10lg ( 1 n ∑ n i = 0 100 . 1LA i ) 计算[12 ] , L A i 为第 i 次测量的瞬时声级 ; n 为测量次数。可听噪声的 2 测点分别为导线正下方和距导线对地投影 15 m 2 处。试验电压 462 kV 时计算后 2 测点的 L Aeq , n数 据 ,软母下分别为 43、41 ,管母下分别为 43. 3、42. 4 dB。 4 　结果分析 4. 1 　无线电干扰 变电站进出线多 ,站内的高压设备很繁多 ,如母 线、绝缘子等 ,准确确定由变电站高压设备产生而注 入一条电力线路的电流 ,需已知线路电阻及变电站 中作为电流源的高压设备的阻抗。按最严重情况考 虑 ,假设变电站的阻抗无穷大 ,若有 N 台设备产生 相同的脉冲电流 I 0 ,对 n 条进 (出) 线注入一条线路 的电流[9 ] I = I0 N / n。N 台设备产生的电流合成 由每个单独测量得到的电流平方和确定 ,用这个方 法确定的电流若等于电力线路电晕放电产生的电 流 ,则在变电站线路终端杆塔处的无线电噪声将增 ·85· Mar. 2006 High 　Voltage 　Engineering Vol . 32 No . 3 　 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 加 3 dB ,此电流沿线传播 1～2 km 时 ,相应感应的 场强增量可忽略。 建议的 750 kV 输电线路的无线电干扰限值为 55～58 dB ,若以 58 dB 为依据 ,参照文[ 13 ] ,以限值 减去 10 dB 作为好天气时的平均值 ,则好天气时无 线电干扰 Er < 48 dB ,即 < 251μV/ m。其对应导线 中的干扰电流由下式[14 ]得出 : E = 60 I ( h h2 + 202 + h + 20 p ( h + 2 p) 2 + 202 ) , 式中 , E、H 分别为电、磁场强度 ; h 为导线高度 ;磁 场穿透深度 p = ρ/ (πμ0 f ) 。其中μ0 = 0. 4πμH/ m , f = 0. 5 M Hz。设ρ= 100Ωm , h = 20 m ,得 E = 2. 81 I。因 Er < 251μV/ m ,则 I < 89. 4μA。对 750 kV 变电站 ,若 N / n 取 10 ,则每一设备产生的干扰电 流 ID ≤8. 94μA ,即采用回路法测量得出的母线无 线电干扰电压 (300Ω阻抗上的压降) < 2 682μV ,即 68 dB。 由表 1 测量结果知 ,2 种导线在 750 kV 变电站 正常运行下 0. 5 M Hz 的无线电干扰分别为 55. 4 和 54. 8 dB ,满足线路无线电干扰限值 58 dB。 4. 2 　地面电场 变电站内某一区域的地面电场主要由该区域内 带电构架的布置和电压等级决定。由表 2、3 可知 , 布置方式相同时二分裂软母下地面电场强度较大。 模拟垂直于母线 ,任一串两相间巡视道上的高压设 备附近的地面场强 µ空旷母线下方的场强。二分裂 软母和管母在 2 种布置方式下的电场分布见图 3、4。 图 3 　二分裂软母下 的电场分布 Fig13 　Distribution of electric2f iled under soft bus 图 4 　管母线下的电场分布Fig14 　Distribution ofelectric2f iled under tube bus 　　选择 4 个典型的 500 kV 变电站 ,其母线 h 均约 15 m。测量母线下预留间隔位置场强 Eg 和垂直于母 线任一串两相间巡视道场强 Egr的结果见表 4。 　　表 4 表明 ,在正常运行的变电站中母线下方布 置了大量的高压设备 ,这些带电设备对地高度相对 母线低 5～8 m ,使垂直于母线巡视道上的地面场强 与母线下方预留串位置处相比大大增加 ,但小于单 相运行母线下的场强水平。 由表 4 数据推论 ,正常运行 750 kV 变电站三相 母线下的地面场强 < 13 kV/ m 的单根测量数据。 表 4 　500 kV变电站母线下不同位置处的地面场强 Tab. 5 　Electric2f iled for different position under the bus of 500 kV station kV/ m 边母线对地 投影间的距离/ m Eg 单相 三相 Egr 滨海变 长沙变 廉洲变 罗洞变 0 7. 41 2. 53 5. 80 6. 07 6. 02 5. 20 1 7. 37 2. 85 6. 17 6. 49 6. 00 6. 09 2 7. 27 3. 08 5. 70 6. 75 6. 40 6. 55 3 7. 12 3. 24 5. 54 6. 87 6. 47 6. 62 4 6. 91 3. 32 5. 63 6. 87 6. 20 6. 55 5 6. 65 3. 34 5. 63 6. 46 5. 97 5. 94 6 6. 37 3. 30 5. 43 5. 92 5. 72 5. 45 7 6. 06 3. 21 5. 30 5. 71 5. 23 4. 70 8 5. 74 3. 10 5. 25 5. 25 4. 75 4. 08 9 5. 42 2. 95 5. 30 5. 15 4. 63 3. 34 10 5. 10 2. 80 5. 56 6. 61 4. 36 2. 50 4. 3 　可听噪声 由于试验场周边环境存在其它噪声干扰 ,使试 验母线的正常噪声测量极为困难 ,故采用一种特殊 排除背景噪声的修正方法 ,该方法系美国特高压基 地从各种不同电压等级试验线路约 5 000 个实测数 据统计中得到 ,即测量中采用 8 k Hz 倍频程滤波 器 ,将 8 k Hz 倍频程测得的声级加上 7 dB 等于实际 上的 A 计权声级。 3. 3 节中单根母线产生的电晕噪声 L Aeq , n在线 下约为 43 dB ,15 m 处为 42 dB ,对变电站中实际运 行的三相母线噪声可根据单相换算。单相试验导线 的声级与三相试验线段的声级相差约 3～5 dB ,因 此 750 kV 变电站三相母线电晕产生的噪声 ≯48 dB。目前变电站中的噪声源主要来自变压器或电 抗器 ,500 kV 变压器的噪声一般在 60～80 dB 范 围 ,相对于变压器 ,750 kV 母线的电晕噪声较小 ,若 考虑高压设备、导线等屏蔽效应 ,传播到变电站外的 噪声量更小。因此 ,母线的电晕噪声基本不影响变 电站外的噪声水平。 5 　结 　论 a)正常运行电压下 ,750 kV 变电站试验母线的 无线电干扰电平 (基准μV/ m) 在 0. 5 M Hz 时约 55 dB ,考虑到不同厂家的产品性能和 750 kV 线路 58 dB 的无线电干扰限值要求 ,建议 750 kV 母线 (或其 它高压设备)的无线电干扰限值取 70 dB ; b)正常运行电压下 ,750 kV 变电站母线下的地 面电场 < 13 kV/ m ; (下转第 71 页) ·95·　 2006 年 3 月 高 　电 　压 　技 　术 第 32 卷第 3 期 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　　根据仿真可知 ,电源输出脉冲尖峰电压值主要 取决于负载等效电容 CL 的大小 , CL 越小 Um 越大 , 最大可达到两倍输入电压幅值。脉冲平均电压主要 取决于 RL 的大小 , RL 越小 Uav越小。脉冲前沿上 升时间也随 CL 的减小而减小。负载的不匹配会导 致能量在磁脉冲压缩网络中来回反射[11 ] ,形成高频 振荡。解决办法之一是在磁脉冲压缩回路串联二极 管。当磁开关非饱和电感与饱和电感的比值小于一 定值时 ,脉冲陡化效果将不理想。当导通时间控制 得当时 ,可得到较理想的输出陡化脉冲。 参 考 文 献 [1 ] 戴育航 ,钱照明. 磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用 [J ]. 电 力电子技术 ,1999 ,33 (2) :54257. [2 ] 苏建仓 ,刘纯亮 ,刘国治 ,等. 环行磁开关的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 [J ]. 西安 :西安交通科技 大学学报 ,2003 ,2 (2) :1392142. [3 ] Melville W S. The use of saturable reactor as discharge devices for pulse generators[J ]. Proc IEE , Part 3 ( Radio and Communication) , 1995 , 98 (3) : 1852205. [4 ] 戴育航 ,钱照明. IGB T 脉冲电源系统的设计与研究 [J ] . 电力电子技术 , 1998 (4) :67271. [5 ] 孙承志 ,万山明 ,黄声华. 介质阻挡放电用高频逆变电源的研制 [J ] . 高电 压技术 ,2003 ,29 (10) :17. [6 ] 彭燕昌 ,严 　萍 ,舒 　立 ,等. 介质阻挡放电用大功率高频高压电源的研究 [J ]. 高电压技术 ,2002 ,28 (12) :35236. [7 ] 杨 　平 ,文远芳 ,胡希伟 ,等. 基于磁开关的高压高频脉冲陡化电路的分析 与计算[ C]. 中国电机工程学会高电压专业 2004 年学术会议论文集 (第 一卷) . 2004 :5112516. 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All rights reserved. http://www.cnki.net