电磁兼容分析与讨论：二次系统的考量

作为高压开关设备EMC设计参考和测试二次系统抗扰性的依据，如何选择适用的评定开关装置二次系统抗扰性试验方法是目前不断研究和探讨的工作，因而近年来国内外有关标准的内容有着许多大的变化和修改，从中足可见现代电网运行对开关装置EMC特性重视程度的不断加强和有关测试技术的研究与探讨过程。

GB/T 11022—2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》标准等同采用IEC 62271—1—2007的EMC试验规定。它首先增设了开关装置主回路、辅助和控制回路干扰的发射试验。主回路发射试验是仅限于126kV及以上的开关装置：试验中，电压施加在合闸位置时端子与接地底架之间、分闸位置时一个端子与接地底架相连的其他端子之间。测量回路的频率最好调整到（0.5±0.05）MHz。施加1.1Ur/3（Ur为开关装置的额定电压）电压并至少维持5min，然后按级差约0.1Ur/3逐渐降压至0.3Ur/3后、再逐级升压到初始值。在试验升、降的过程中，逐级测量无线电干扰电压，应不超过2500μV。

对于辅助和控制回路，则因回路中的每个电子设备已按相关产品的技术条件进行了试验，GB/T 11022—2011则规定不再进行其他发射试验。

其次，GB/T 11022—2011对开关装置的辅助和控制回路的测试项目删除了振铃波和5kV冲击电压波，而改为只采用以下的两种代表干扰源的电压波形并对不同被试品的电压和重复率加以分级处理，试验电压施加的方式为经耦合电容作用于试品的电源接口和信号接口。这两种电压的波形和电压幅值规定如下：

（1）快速瞬态脉冲群试验。模拟二次系统中开合动作引起的干扰电压波，试验按GB/T 17626.4—2008《电磁兼容　试验和测量技术　电变速瞬变脉冲群抗扰度试验》规定，对设备的电源、接地/信号和控制端口选用的试验等级按表5-2规定，波形如图5-17所示。

表5-2　快速瞬态脉冲群试验的等级规定（GB/T 17626.4—2008）

图5-17　快速瞬态脉冲群的波形定义

（a）重复周期；（b）脉冲群周期；（c）接50Ω负载时的单脉冲

（2）振荡波抗扰性试验。模拟一次侧开关合、分动作引起的干扰电压波。试验用GB/T 17626.10—1998《电磁兼容　试验和测量技术　阻尼振荡磁场扰度试验》规定的阻尼振荡电压波形，以模拟各种及特殊情况运行条件下以及工业环境中出现的重复振荡瞬态，频率规定为100kHz和1MHz；因GIS中的隔离开关操作可产生极陡波前的冲击波，故IEC正在考虑对靠近GIS的设备用10MHz和30MHz试验的方案。

试验应对共模和差模进行，共模时试验电压为1.0kV，差模时试验电压为0.5kV。

注：分析GB/T 11022—2011引用的GB/T 17626.10目前有效版本的年份仍为1998版，其中规定的是产生干扰磁场的阻尼电流波形而不是电压波形，试验等级是以磁场强度来区分的而不是按共模、差模的施加电压来选取的，经查，阻尼振荡电压试验应源于IEC 61000—4—18—2006《Testing and measurement techniques-Damped oscillatory wave immunity test》，试验电压的波形定义如图5-18所示。其主要波形参数的规定如下。

电压上升时间：T1＞75ns（1±20%）。

频率：100kHz及1MHz（1±10%）。

重复率：100kHz时40/s（1±10%），1MHz时400/s（1±10%）。

波峰的衰减：峰值Pk5应大于Pk1的50%，Pk10应小于Pk1的50%。(www.xing528.com)

间隔周期：不小于2s。

输出阻抗：200Ω。

开路电压：峰值Pk1为250V～2.5kV（1±10%）。

短路电流：峰值Pk1为1.25～12.5A（1±10%）。

图5-18　阻尼振荡电压波的波形定义（开路电压）

T—振荡周期；T1—电压上升时间

第一个半波的极性：正和负。

评判完整的控制和辅助回路经以上这些电压作用试验后抗扰度合格的标准是：不出现永久损坏或仍能正常运行，对表5-3中某些部件功能暂时丧失是允许的。

另外，GB/T 11022—2011还增设了对辅助和控制回路的直流电源输入接口纹波抗扰性试验和电压跌落、短时中断和变化的抗扰性试验，按GB/T 17626—1998中相应部分的规定进行。

表5-3　瞬态骚扰的抗扰性试验的评估判据（GB/T 11022—2011）

国内研究者进行了12kV真空断路器共13台次和包括12kV AIS和126kV GIS在内共25台次的电快速瞬变脉冲群、阻尼振荡波电压和冲击电压试验，对试验情况用权重分析法得到的结论为：①干扰源对开关柜运行可靠性的影响方面，阻尼振荡波的影响较小，如被试设备未采取或采取措施不当时，有较大能量的电快速瞬变脉冲群电压可使显示器黑屏，但设备重启后均能重新正常工作；②冲击电压的严酷度较高，对开关柜运行可靠性的影响最大，所占权重几乎是阻尼振荡波的6倍；电快速瞬变脉冲群对其可靠性的影响占到整体权重的30%；③分析GIS的抗扰性，电快速瞬变脉冲群对其可靠性影响占整体权重的51%，其次是冲击电压约占整体权重的37%，阻尼振荡波对可靠性的影响较小，占12%[40]。

本书作者及其同事曾用振铃波对某进口微机型继电器的各端口进行抗扰性试验238次，得到的结论是：①继电器各端口连接的内部功能部件不同，它们的元件有着不同的等效阻抗，因此对相同的入射波响应差别很大，它们与连接的线圈L的波阻抗串联后发生的分压和终端反射过程的结果也不同，其中接收电流信号的模块是小电阻，阻抗最低，反射最弱，因此响应电压也最低，仅100～200V；电源模块阻抗最大，反射最强，响应电压最高，响应电压越高对元件的威胁越大；②相对而言，计算模块承受干扰电压的耐受能力较其他模块（元件）差，这与图5-19所示的电子元器件失效和烧毁容限是一致的[41]。

图5-19　元器件失效和烧毁容限